Свет, падающий на некую поверхность, оказывает на нее крошечное давление. Обычно это давление имеет не значительный эффект, но, оказывается, оно также может использоваться для фокусировки света, проходящего через узкие полоски стекла. Как показали последние теоретические изыскания ученых из Германии, свет, проходящий через расположенные рядом полоски стекла, создает небольшой изгиб в материале, в результате чего фокусируется в узкий луч. Ученые предсказывают, что данный метод фокусировки света будет работать для всех длин волн, т.е. работа в будущем может привести к созданию принципиально нового способа управления световыми пучками.

На сегодняшний день уже во многих устройствах оптические сигналы заменяют электрические, так что

одним из популярных направлений исследований являются попытки расширить набор инструментов для управления световыми пучками, особенно в небольших масштабах.

Одну из работ в этом направлении в журнале Physical Review Letters недавно опубликовали ученые из Max Planck Institute for the Science of Light (Германия).

Рис. 1. Схематическое изображение фокусировки
световых пучков при распространении в узких
параллельных друг другу стеклянных полосках.

Исследовательская группа проанализировала поведение света, распространяющегося через два тонких стекла, расположенных параллельно друг другу на расстоянии 300 нм. Это могут быть, к примеру, две тонкие стеклянные полоски внутри оптического кабеля.

Толщина стеклянных полосок в рамках исследований была от 200 до 400 нм, а ширина – 70 микрон. Кроме того, полоски были жестко закреплены по краям.

Хотя свет, распространяющийся по описанным полоскам, сосредоточен внутри стекла, электромагнитное поле распространяется за его пределы, в том числе в зазор между полосками. Это поле оказывает воздействие на полоски, притягивая их друг к другу или, наоборот, отталкивая. Рассчитанное учеными искривление оказалось невелико – порядка 1 или 2 нм (в основном из-за слабых интенсивностей света, рассматривавшихся в теоретическом расчете). Однако этого оказалось достаточно, чтобы повлиять на распространение света в стеклянных полосках. Ученые описали изменения с помощью эффективного показателя преломления, который варьируется, в зависимости от ширины стеклянных полосок и степени их изгиба.

В результате искривлений, свет, распространяющийся по полоске, фокусируется в один или несколько узких пучков. Такое поведение объясняется при помощи классической электромагнитной теории в сочетании с учетом параметров упругости стекла. Изгиб стеклянной полоски приводит к сложной обратной связи, ведь давление на один ее участок приводит к искривлению всей полосы, т.е. изменению условий распространения света во всем ее объеме.

Это, в свою очередь, изменяет оптическое давление и изгиб стеклянной полосы. При помощи повторяющихся циклов расчетов, команда пришла к стабильному решению задачи, в котором картина распространения света согласуется с изгибом стеклянных полос. В этом случае свет фокусировался в один или два луча в каждой из двух стеклянных полос.

Хотя работа носит чисто теоретический характер, по мнению ученых, не составит труда создать практическую систему, в которой свет распространяется на расстояние порядка нескольких метров. Поскольку речь не идет об использовании каких-либо резонансных явлений, данная схема будет работать для света любой длины волны. Характер полученной картины (количество лучей) можно регулировать, в том числе и параметрами начального импульса света, поданного на стеклянные полоски.