Российское ноу-хау в передаче данных

Российские специалисты разработали уникальный способ создания оптических элементов. С их помощью можно усовершенствовать устройства для передачи данных по лазерному лучу в атмосфере и биомедицинские аппараты.

Ученые Самарского университета совместно с коллегами из РАН придумали, как по-новому конструировать метаповерхности (ред. - перфорированная на масштабе световой волны поверхность твердого тела, приобретающая особые оптические свойства). На их основе можно создать оптические элементы для устройств, позволяющих управлять поляризацией и фазой электромагнитных волн, а также создавать световые поля с неизученными ранее свойствами, в том числе уникальные лазерные пучки. Результаты научного исследования опубликованы в журнале «Optics Express».

“Мы разработали оптический элемент на основе метаповерхности и продемонстрировали его эффективную работу: одновременное формирование и фокусировка специального лазерного пучка с вихревой структурой поляризации. В фокусе такого пучка световая энергия частично распространяется в направлении к источнику, что невозможно при фокусировке классических лазерных пучков”, — прокомментировал автор исследования, доцент кафедры технической кибернетики Самарского университета Дмитрий Савельев.

Ученый также отметил, что метаповерхности более высокого порядка обеспечивают большой общий обратный поток энергии. То есть лазерные пучки, сформированные с помощью поляризующих элементов, устойчивы к помехам, возникающим при передаче информации в различных турбулентных средах, например, в атмосфере Земли.

“Существует способ передачи данных по лазерному лучу в атмосфере, но он подвержен помехам. С помощью разработанных метаповерхностей можно создавать особые лазерные пучки, которые будут более устойчивы к возникающим помехам в атмосфере, таким как ветер, туман, дождь. Таким образом можно передавать данные на большее расстояние с меньшими потерями”, — рассказал соавтор исследования, научный сотрудник Института систем обработки изображений РАН Сергей Дегтярев.

Ученый объяснил, что реализованные метаповерхности позволяют создавать новые типы оптических ловушек. Они работают как пылесос: обратный поток энергии возле оптической оси заставляет частицы двигаться к источнику.

Кроме того, по словам экспертов, за счет объединения в одном элементе поляризатора с фокусатором удается создавать большой обратный поток энергии вблизи оптической оси. Это поможет усовершенствовать оптические пинцеты, лазерную резку и гравировку в биологии, медицине и обработке материалов, а также уменьшить количество оптических элементов в устройствах.

«Управление поляризацией позволяет создавать световые поля с новыми свойствами. Меняя структуру лазерного пучка, можно изменять характер воздействия на объект, а это очень актуально для лазерной резки и гравировки в обработке материалов», — отметил Дмитрий Савельев.