2015: Маленькие диэлектрические сферы с большим показателем преломления — новые многофункциональные элементы оптических устройств

Учеными физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова в сотрудничестве с коллегами из Института Френеля, Франция и Университета Кантабрии, Испания открыта возможность использования сферических частиц диэлектрика с большой диэлектрической проницаемостью в качестве многофункциональных элементов оптических устройств

Будущее ультра-быстрых оптических систем связи связано с прогрессом в области создания новых оптических схем и наноантенн. Одним из ключевых моментов здесь является создание элементарных составляющие оптических приборов, способных перераспределять падающий свет в желаемом направлении.

В данной работе теоретически и экспериментально показано, что пространственно-однородная диэлектрическая сфера субволновых размеров с высоким показателем преломления и низкими потерями демонстрирует свойства, позволяющие использовать ее в качестве нового многофункционального элемента таких устройств. Многофункциональность достигается за счет изменения в широких пределах диаграммы рассеяния таких частиц. Последнее, в свою очередь, реализуется за счет селективного резонансного возбуждения дипольных и квадрупольных мод и их когерентного взаимодействия. Существенно, что возбуждение происходит обычной плоской электромагнитной волной, а изменение диаграммы рассеяния – за счет сравнительно малого (в пределах 30-40 %) изменения ее частоты.

Наночастицы с требуемыми оптическими свойствами в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах могут быть легко изготовлены из обычных, широко применяемых полупроводников (кремний, германий, фосфат галлия и др). Такие частицы могут быть эффективной альтернативой широко обсуждаемых оптических элементов более сложной структуры.

Результаты данного исследования были опубликованы в статье: Michael I. Tribelsky, Jean-Michel Geffrin, Amelie Litman, Christelle Eyraud, and Fernando Moreno, Small Dielectric Spheres with High Refractive Index as New Multifunctional Elements for Optical Devices. Sci. Rep. 5, 12288 (2015).