Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из вузов Великобритании и Тайваня предложили новый способ, как можно получить «фотонный крючок» — новый тип искусственно искривленного луча. Им удалось сформировать крючок с помощью двух маленьких стержней из диэлектрического материала. Предложенный способ проще ранее известного.

Он описан в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports издательства Nature (IF: 5,133; Q1).

«Фотонный крючок» — это тип искусственно искривленного луча света. Ранее науке был известен лишь один тип искривленного луча — пучки Эйри. Существование «фотонного крючка» теоретически обосновала, а затем и экспериментально подтвердила группа ученых из Томского политеха с коллегами из Бангорского университета (Великобритания) и ряда российских вузов. Такой «крючок» может использоваться, например, в микроскопии для получения изображений в сверхразрешении и для манипулирования наночастицами.

«Наш первый и до последнего момента единственный способ формирования «фотонного крючка», хотя он и был несравнимо проще методов получения пучков Эйри, все равно требовал использования частицы специфической формы или специфической формы облучающего пучка. Например, нужна была микроразмерная частица в форме куба с пристыкованной призмой. Проходя через эту частицу, фотонное излучение искривлялось и принимало форму крючка. Новый способ позволяет получать крючок с помощью двух микроразмерных стержней простой прямоугольной формы, лежащих параллельно. Их можно легко сделать из широкого спектра диэлектрических материалов — например, из простого стекла или тефлона. При этом все можно делать на плоскости, что также удобно», — говорит руководитель проекта, профессор отделения электронной инженерии Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ Игорь Минин.

Новым способом «фотонный крючок» формируется так: электромагнитная волна «распадается» на две части, одна проходит через стержни, а вторая между ними. На выходе волны «сливаются», и итоговый пучок искривляется.

«В этой статье мы описали физику получения крючка новым методом. Это дает еще один инструмент для формирования искривленного фотонного луча, необходимого в исследованиях», — поясняет ученый.

Изменяя расстояние между двумя стрежнями и показатели их преломления, можно управлять формой крючка, степенью его кривизны.

«В дальнейшем мы также рассмотрим варианты, когда расстояние между стержнями заполнено не только воздухом. Получать крючок можно в газовой среде или жидкой. Это также может повлиять на характеристики получаемого крючка», — говорит Игорь Минин.

Среди авторов статьи ученые из Томского политеха, Ньюкаслского университета (Великобритания) и Национального университета Ян Мин Цзяо Дун (Тайвань). Исследование поддержано грантом Российского фонда фундаментальных исследований и Программой повышения конкурентоспособности ТПУ.