Физики из Сент-Эндрюсского университета (Великобритания) создали кремниевый вариант сферической линзы Люнеберга.

Линза конструкции математика Рудольфа Карла Люнеберга успешно фокусирует на своём краю излучение, падающее с любой стороны. Фокусная точка при этом лежит в направлении распространения света, а размер фокального пятна зависит от длины волны.

Рис. 1. Работа сферической линзы Люнеберга (иллюстрация авторов работы).

Изготовить такую линзу очень сложно, поскольку коэффициент преломления n материала, из которого она выполняется, должен меняться в зависимости от расстояния до её центра. Оптические материалы не могут обеспечить нужное — 2½ (~1,4) — отношение максимального значения n к минимальному.

Работа британской версии оптического элемента основана на известном факте, проверенном в кремниевой фотонике: эффективный коэффициент преломления зависит от геометрических размеров волновода. Сама линза представляет собой кремниевый диск переменной толщины, не превышающей 70 нм, радиусом в 98 мкм (неоспоримо, это нанодиск по одному из измерений). Он размещается между слоями диоксида кремния и фоторезиста SU8. Общая толщина полимерного слоя и диска зафиксирована на уровне 500 нм.

В экспериментах излучение на длине волны в 1 575 нм (ближний ИК-диапазон) поляризовалось таким образом, чтобы вектор напряжённости электрического поля находился в плоскости, параллельной поверхности устройства, и направлялось на одну из граней образца. Расположенная в полутора миллиметрах от грани линза действительно фокусировала излучение, падающее с разных сторон, но размер фокального пятна оказался равен 3 770 нм, тогда как теория подсказывает, что его диаметр должен соответствовать половине длины волны света. Расхождение авторы связывают с особенностями схемы опытов, а не с недостатками кремниевой конструкции.

Стоит сказать, что другая группа, в которую вошли учёные из США, совсем недавно представила ещё один — плазмонный — вариант линзы Люнеберга.

Рис. 2. Схема устройства, зависимость величины n от толщины кремниевого слоя и связь последней с радиусом диска (иллюстрация авторов работы).