Создано мета-зеркало, удваивающее частоту падающего на него света
При этом, нелинейность оптических свойств метаматериала проявляется в тысячи раз сильнее нелинейности обычных материалов, также обладающих подобными свойствами. Метаматериал с нелинейными оптическими характеристиками состоит из последовательности более чем 100 слоев индия, галлия, мышьяка и алюминия. Толщина каждого слоя колеблется в пределах от 1 до 10 нанометров. Нижняя часть структуры покрыта слоем золота, а на верхнюю поверхность многослойной структуры зеркала нанесена крестообразная золотая решетка, имеющая заданную форму и геометрические размеры. Тонкие слои полупроводниковых материалов, чередующихся в структуре зеркала, ограничивают количество возможных квантовых состояний электронов в материале, а крестообразные золотые структуры представляют собой упорядоченные необходимым образом резонаторы, частоты которых соответствует частотам падающего и отраженного света.
В качестве демонстрации возможностей этого метаматериала ученые создали зеркало толщиной всего в 400 нанометров, отражающее свет, частота которого ровно в два раза выше частоты света, падающего на поверхность этого зеркала. Следует отметить, что нелинейные зеркала подобного рода уже создавались на базе обычных материалов с нелинейными оптическими характеристиками. Но, с учетом интенсивности падающего света и толщины структуры зеркала, зеркало на основе нелинейного метаматериала производит приблизительно в миллион раз больше фотонов с удвоенной частотой, нежели нелинейные зеркала из обычных материалов. Созданное нелинейное зеркало рассчитано на преобразование волн длиной 8 микрометра в волны, длиной 4 микрометра. Однако размеры структуры зеркала и резонаторов на его поверхности могут быть рассчитаны так, что зеркало будет эффективно работать и с волнами другой длины, от почти инфракрасного света до излучения терагерцового диапазона.
Авторы считают, что, используя комбинацию экзотического взаимодействия электромагнитных волн с метаматериалами, можно реализовать принципиально новые технологии для разработки сверхтонких оптических элементов, которые с успехом могут быть использованы как в области квантовых вычислений, так и в традиционной электронике".
Источник информации:
Nature 511 (2014) 65-69
doi:10.1038/nature13455