×
20.05.2015
216.013.4d27

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО МЕТАМАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к получению и исследованию метаматериалов, в частности к оптической диагностике материалов с отрицательным показателем преломления. В способе определения оптического метаматериала, включающем падение коллимированного светового пучка под углом на пластинку исследуемого материала, на обе ее поверхности наносят диэлектрические и непрозрачные для светового пучка покрытия, при этом световой пучок проходит внутрь пластинки через входное окно, соизмеримое с толщиной пластинки и выполненное по центру в одном из покрытий. По положению выходного светового пучка относительно нормали к границе раздела сред в точке падения определяют принадлежность пластинки к метаматериалу. Способ прост в экспериментальной реализации, технологичен и надежно идентифицирует метаматериал с отрицательным показателем преломления. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к новому научному направлению - получению и исследованию метаматериалов, в частности к оптической диагностике материалов с отрицательным показателем преломления.

Метаматериал - искусственно созданная среда, состоящая из периодических микроструктур (металлических резонаторов), размеры которых намного меньше длины волны используемого электромагнитного излучения. Взаимодействие излучения с таким материалом носит резонансный характер, т.е. свойства метаматериала проявляются, как правило, в узкой полосе длин волн. С точки зрения геометрической оптики, для данного материала выполняется известный закон преломления, но падающий и преломленный лучи при этом лежат по одну сторону от нормали к границе раздела сред.

Толчком к экспоненциальному росту научных публикаций по метаматериалам стала работа Дж. Пендри [1], опубликованная в 2000 г. В ней было показано, что линза, предложенная Веселаго в 1966 году, наряду с ранее описанными особенностями фокусировки, обладает способностью переносить изображение предмета с точностью, не ограниченной так называемым волновым пределом (суперлинза).

В последние годы уже достигнуты определенные успехи в создании метаматериалов в ближней ИК-области и активизировалась разработка материалов для видимого диапазона длин волн. В ходе решения этой проблемы всегда возникает вопрос - является ли созданный материал метаматериалом. В оптическом и ближнем ИК-диапазоне искусственно созданная среда, претендующая на роль метаматериала, представляет собой плоскопараллельную пластинку толщиной от сотни нанометров до нескольких сот микрометров. Метаматериал воспринимается электромагнитной волной как сплошная среда с определенными величинами эффективной диэлектрической ε и магнитной µ проницаемостями, причем один из этих параметров или оба могут быть отрицательными. При одновременно отрицательном значении ε и µ, показатель преломления среды n также отрицательный, т.е. n<0. Заявляемый способ как раз и позволяет определять такой материал.

Известен метод исследования и идентификации метаматериалов, основанный на законах геометрической оптики, так называемый метод ножа [2]. Суть метода заключалась в том, что на пути коллимированного пучка ИК-излучения вблизи пластинки метаматериала устанавливалось лезвие (непрозрачный экран) и проводились измерения интенсивности прошедшего излучения вблизи края лезвия. Прошедший пластинку пучок, испытав некоторое смещение, распространялся по направлению падающего пучка. Направление этого смещения и определяло, является данная пластинка метаматериалом или нет. К основному недостатку данного метода следует отнести сложность его экспериментальной реализации. Из-за малой толщины пластинки смещение пучка очень мало, и его фиксация относится к разряду сложных экспериментальных задач. На точность и достоверность определения смещения светового пучка влияет и неплоскопараллельность пластинки, и степень коллимации пучка. Требуются также и определенные навыки работы с субмикронными пучками.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи по определению, является ли данный материал оптическим метаматериалом. Упрощается и решение этой сложной задачи.

В способе определения оптического метаматериала, заключающемся в том, что из исследуемого материала изготавливают плоскопараллельную пластинку, на обе поверхности пластины наносят диэлектрическое и непрозрачное для светового пучка покрытие, в одном из покрытий по центру выполняют входное окно, размер которого соизмерим с толщиной пластинки, через входное окно под углом направляют коллимированный световой пучок, который после многократного отражения выходит из пластины, и при наличии отрицательного показателя преломления по положению выходного светового пучка относительно нормали к границе раздела пластинка-воздух в точке падения материал относят к метаматериалу.

В заявляемом способе покрытия являются диэлектрическими и полностью непрозрачными.

Устройство для определения оптического метаматериала может быть реализовано в двух вариантах.

Первый вариант устройства предназначен для определения метаматериала на конкретной длине волны. Устройство для определения оптического метаматериала содержит пластинку из исследуемого материала с нанесенным по обе стороны ее поверхности покрытием из диэлектрического материала, непрозрачным для заданной длины волны излучения, для ввода светового пучка внутрь пластинки в одном из покрытий по центру выполнено входное окно, размер которого соизмерим с толщиной пластинки, при этом площадь поверхности покрытия меньше площади поверхности пластинки.

Второй вариант устройства предназначен для определения длины волны, на которой данный материал является метаматериалом. Устройство для определения оптического метаматериала содержит пластинку из исследуемого материала, с нанесенным по обе стороны ее поверхности двухслойным покрытием, внутренний слой выполнен диэлектрическим и тонким по сравнению с толщиной самой пластинки, наружный слой - металлическим, непрозрачным в широком диапазоне длин волн, для ввода светового пучка внутрь пластинки в одном из покрытий по центру выполнено входное окно, размер которого соизмерим с толщиной пластинки, при этом площадь поверхности покрытия меньше площади поверхности пластинки.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 показано устройство предлагаемого изобретения и ход лучей в нем для исследования материала на конкретной длине волны, когда материал обычный;

на фиг.2 показано устройство предлагаемого изобретения и ход лучей в нем для исследования материала на конкретной длине волны, когда материал является метаматериалом;

на фиг.3 показано устройство предлагаемого изобретения и ход лучей в нем для определения длины волны, на которой данный материал является метаматериалом.

В заявляемом способе определения метаматериала предложен подход, увеличивающий смещение светового пучка при прохождении через исследуемую плоскопараллельную пластинку за счет многократного прохождения его в «волноводной структуре», созданной исследуемым материалом и нанесенным на его поверхность покрытием.

Известно, что при прохождении световым пучком плоскопараллельной пластинки, пучок не изменяет своего направления распространения. Он лишь испытывает смещение относительно своего первоначального направления, величина которого определяется соотношением , где d - толщина исследуемой пластинки, n - показатель преломления, α - угол падения пучка. Видно, что смещение пучка всегда меньше толщины пластинки и при нормальном падении отсутствует. Так как толщина метаматериалов для оптического диапазона составляет от сотен нанометров до нескольких сотен микрометров, то измерять такие смещения световых пучков достаточно сложно. Нанесенные на поверхность исследуемого материала непрозрачные для используемого излучения покрытия позволяют за счет многократного отражения падающего под углом α коллимированного светового пучка развести преломленный пучок для обычного материала и преломленный пучок для метаматериала по разные стороны относительно нормали к границе раздела сред в точке падения.

Устройство для определения оптического метаматериала (фиг.1 и фиг.2) включает в себя пластинку исследуемого материала 1 с нанесенными на ее поверхности покрытиями 2 и 3, которые выполнены диэлектрическими и непрозрачными для заданной длины волны. Для ввода светового пучка внутрь пластинки одно из покрытий имеет по центру соизмеримое с толщиной пластинки входное окно 4, для вывода пучка площадь поверхности покрытия меньше площади поверхности пластинки.

В случае облучения пластинки излучением широкого диапазона (фиг.3), покрытия изготовляют сложными. Это обусловлено тем, что диэлектрическое покрытие, полностью отражающее широкий спектр излучения, является многослойным и добиться условия, когда толщина отражающего покрытия намного меньше толщины самой пластинки, сложно. Во 2-м варианте покрытия изготавливают двухслойными. Внутренний слой 5 является диэлектрическим и тонким по сравнению с толщиной самой пластинки. Он предотвращает закорачивание микрорезонаторов метаматериала. Наружный слой 6 выполнен из металла и обеспечивает полное отражение излучения в широком спектральном диапазоне.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Коллимированное излучение 7 падает под углом α на плоскопараллельную пластинку исследуемого материала 1, на поверхность которой нанесены покрытия 2 и 3. Через входное окно 4 одного из покрытий световой пучок попадает внутрь пластинки и, испытав многократное отражение, выходит наружу. Если на пластинку падает монохроматическое излучение 7 (фиг.1-2), то в соответствии с законами геометрической оптики, преломленный пучок 8 будет находиться по одну сторону от нормали вместе с падающим пучком для метаматериала и по разные стороны (пучок 9) для обычного материала. Если же на пластинку падает излучение 7 широкого спектрального диапазона (фиг.3), то будут присутствовать оба преломленных пучка 8 и 9. Пластинка исследуемого материала 1 селективно реагирует на падающий световой пучок 7 и из всего спектра выделяет лишь ту длину волны 8, на которой исследуемый материал является метаматериалом.

Заявляемый способ точно и надежно позволяет определить оптический метаматериал с отрицательным показателем преломления. Способ прост в экспериментальной реализации и технологичен. Напыление (нанесение) покрытий может быть совмещено с процессом изготовления самого метаматериала. При этом дополнительные покрытия метаматериала выполняют защитную функцию, увеличивая его механическую прочность и защищая от воздействия окружающей среды. Для повышения эффективности взаимодействия излучения с метаматериалом, в конкретном устройстве может быть применен принцип многократного прохождения излучения в веществе, и, следовательно, покрытия будут «полезны» не только на стадии исследования материала, но и для функционирования самого устройства.

Источники информации

1. J.В. Pendry. Negative refraction makes a perfect lens // Physical review letters. - 2000. - Oct. - V.85. - P.3966-3969S.

2. A.J. Hoffman, L. Alekseyev, S.S. Howard, K.J. Franz, D. Wasserman, V.A. Podolskiy, E.E. Narimanov, D.L. Sivco, C. Gmachl. Negative refraction in semiconductor metamaterials // Nature Materials. - 2007. - Decem. - V.6, - P.946-950.


СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО МЕТАМАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО МЕТАМАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО МЕТАМАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 17.
20.05.2013
№216.012.407d

Люминесцирующее кварцевое стекло

Изобретение относится к легированным стеклам, в частности к Yb-содержащему кварцевому стеклу, полученному по золь-гель процессу, которое может использоваться в качестве активного материала лазеров и усилителей инфракрасного диапазона. Техническим результатом изобретения является создание стекла...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482079
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.07.2013
№216.012.5427

Способ получения поверхностно-привитого полимера на поверхности полимерной пленки

Изобретение относится к модификации поверхности полимерных пленок поверхностно-привитыми полимерами. Способ получения поверхностно-привитого полимера полиакриловой кислоты на поверхности полиэтиленовых или полипропиленовых пленок осуществляют фотоиндуцированной прививочной полимеризацией из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487146
Дата охранного документа: 10.07.2013
20.08.2013
№216.012.600d

Люминесцирующее стекло

Изобретение относится к легированным стеклам, которые могут использоваться в качестве антистоксовых визуализаторов ИК-излучения с λ≈0,89-0,99 мкм, активной среды усилителей и лазерных преобразователей, функционирующих в полосе антистоксовой люминесценции, а также для визуального контроля...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490221
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.08.2013
№216.012.65bc

Фотоэлемент

Изобретение относится к преобразователям энергии электромагнитного излучения в электрическую энергию и может быть использовано в производстве солнечных элементов. Фотоэлемент состоит из двух или более монослоев полупроводниковых (ПП) сферических частиц, одна часть которых имеет один тип...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491681
Дата охранного документа: 27.08.2013
20.10.2013
№216.012.75e0

Люминесцирующее кварцевое стекло

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам активированных стекол, полученных золь-гель способом, которые могут использоваться в качестве активных элементов лазеров и суперлюминесцентных излучателей, функционирующих в области максимальной спектральной эффективности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495836
Дата охранного документа: 20.10.2013
27.06.2014
№216.012.d544

Способ сокращения длительности импульса мощного свч излучения и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к области СВЧ волноводной техники и может быть применена в радиолокационной технике. Достигаемый технический результат - сокращение длительности микросекундного импульса мощного СВЧ излучения до 10 нс и менее. Способ сокращения длительности импульса мощного СВЧ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520374
Дата охранного документа: 27.06.2014
27.06.2014
№216.012.d778

Поляризационная пленка и способ ее получения

Поляризационная пленка состоит из ориентированных молекул блок-сополимера поливинилового спирта и поливинилена, полученного кислотно-катализированной термической дегидратацией ориентированных молекул поливинилового спирта, и дополнительно содержит фосфорно-вольфрамовую кислоту. Способ получения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520938
Дата охранного документа: 27.06.2014
20.10.2014
№216.013.00a7

Способ сокращения длительности импульса свч излучения и устройство для его реализации

Изобретение относится к области СВЧ волноводной техники и может быть применено в радиолокационной технике. Технический результат - сокращение длительности импульсов СВЧ от десятков микросекунд до десятков наносекунд. Способ сокращения длительности импульса СВЧ- излучения характеризуется тем,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531559
Дата охранного документа: 20.10.2014
27.11.2014
№216.013.0aaa

Люминесцирующее стекло (варианты)

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к плавленому алюмоборатному стеклу, активированному трехзарядными ионами церия (Се) и тербия (Tb), которое может использоваться в качестве визуализатора ультрафиолетовых изображений и светового трансформатора из ультрафиолетовой в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534138
Дата охранного документа: 27.11.2014
20.04.2015
№216.013.42f0

Люминесцирующее стекло

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам Yb-содержащих оптических стекол, которые могут использоваться в качестве активных сред лазеров (в том числе волоконных), генерирующих в ближней инфракрасной области спектра. Техническим результатом изобретения является...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548634
Дата охранного документа: 20.04.2015
Показаны записи 1-10 из 25.
10.03.2013
№216.012.2ec4

Полностью оптический модулятор лазерного излучения на основе многослойных гетероструктур (варианты)

Устройство относится к квантовой электронике, а именно к системам для модуляции излучения лазера в заданном спектральном диапазоне. Полностью оптический модулятор лазерного излучения на основе многослойных гетероструктур содержит подложку с выращенной периодической многослойной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477503
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.05.2013
№216.012.407d

Люминесцирующее кварцевое стекло

Изобретение относится к легированным стеклам, в частности к Yb-содержащему кварцевому стеклу, полученному по золь-гель процессу, которое может использоваться в качестве активного материала лазеров и усилителей инфракрасного диапазона. Техническим результатом изобретения является создание стекла...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482079
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.06.2013
№216.012.49a8

Способ измерения импульсного давления и устройство для его осуществления

Устройство для осуществления способа измерения импульсного давления содержит источник, приемник света и приемный корпус. Приемный корпус выполнен в виде жесткого элемента с пропускающим регистрируемые возмущения окном, в котором зафиксированы выход источника и вход приемника света либо торцы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484436
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4b4e

Способ повышения концентрации молекулярного кислорода в дерме кожной ткани

Способ относится к медицине и может быть использован при лечении патологий приповерхностных участков кожи и, в частности, при низкоинтенсивной лазерной и фотодинамической терапии. Облучают поверхность кожи световым пучком на длине волны 575 нм при полуширине спектра не более 5 нм. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484860
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4b4f

Способ локального повышения концентрации молекулярного кислорода в дерме кожной ткани

Способ относится к медицине и может быть использован при лечении патологий приповерхностных участков кожи, в частности при низкоинтенсивной лазерной и фотодинамической терапии. Определяют глубину нахождения патологического участка дермы. При глубине меньше 0.22 мм облучение световым пучком...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484861
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.07.2013
№216.012.5427

Способ получения поверхностно-привитого полимера на поверхности полимерной пленки

Изобретение относится к модификации поверхности полимерных пленок поверхностно-привитыми полимерами. Способ получения поверхностно-привитого полимера полиакриловой кислоты на поверхности полиэтиленовых или полипропиленовых пленок осуществляют фотоиндуцированной прививочной полимеризацией из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487146
Дата охранного документа: 10.07.2013
20.08.2013
№216.012.600d

Люминесцирующее стекло

Изобретение относится к легированным стеклам, которые могут использоваться в качестве антистоксовых визуализаторов ИК-излучения с λ≈0,89-0,99 мкм, активной среды усилителей и лазерных преобразователей, функционирующих в полосе антистоксовой люминесценции, а также для визуального контроля...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490221
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.08.2013
№216.012.65bc

Фотоэлемент

Изобретение относится к преобразователям энергии электромагнитного излучения в электрическую энергию и может быть использовано в производстве солнечных элементов. Фотоэлемент состоит из двух или более монослоев полупроводниковых (ПП) сферических частиц, одна часть которых имеет один тип...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491681
Дата охранного документа: 27.08.2013
20.10.2013
№216.012.75e0

Люминесцирующее кварцевое стекло

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам активированных стекол, полученных золь-гель способом, которые могут использоваться в качестве активных элементов лазеров и суперлюминесцентных излучателей, функционирующих в области максимальной спектральной эффективности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495836
Дата охранного документа: 20.10.2013
27.10.2013
№216.012.7ac4

Способ измерения импульсного давления среды и устройство для его осуществления (варианты)

Изобретение относится к области техники измерения импульсных давлений и может найти широкое применение при создании систем акустического мониторинга окружающей среды. В способе измерения импульсного давления для модуляции измерительного луча используют изменения оптической длины его пути в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497090
Дата охранного документа: 27.10.2013
+ добавить свой РИД