Международная группа ученых из России (Томский политехнический университет, Университет ИТМО), Израиля (Университет имени Бен-Гуриона) и Великобритании (Бангорский университет) получила новый тип искусственно искривленного светового луча. Отчет об исследовании опубликован в журналах  Optics Letters и Scientific Reports, популярно о нем рассказывает пресс-служба ТПУ.

Задача рассеяния света на диэлектрических частицах — это задача с очень длинной историей. В 1908 году Густав Ми предсказал наличие двух внутренних фокусов внутри диэлектрической частицы. В 2004 году американские ученые опубликовали работу, в которой показали, что при определенных значениях размера частицы и показателя преломления внутренний фокус на теневой поверхности частицы сдвигается на ее границу. В этой области образуется сильно локализованное электромагнитное поле. Этот эффект они назвали «фотонная струя». У этой струи характерный поперечный размер — меньше дифракционного предела. Поэтому она может использоваться для получения сверхразрешения.

Также известны криволинейные пучки, так называемые пучки Эйри. В них свет распространяется по параболе. Однако, как отмечают ученые, получать эти пучки и использовать, в том числе в микроскопах, достаточно сложно.

«Ранее считалось, что других типов искривленных лучей, кроме пучков Эйри, не существует. Нам удалось получить новый тип криволинейного пучка света, также мы запатентовали принцип его создания на основе фотонной струи от диэлектрических частиц с нарушенной симметрией. В нашей статье в “Optics Letters” мы описали свойства “фотонного крючка”. Для создания луча в экспериментах использовали кубические частицы с пристыкованной призмой. Когда излучение падает на торец частицы, на гранях и внутри частицы происходит дифракция. За счет разницы фазовых скоростей внутри и вблизи граней формируется сходящий волновой фронт, он фокусируется на выходе из частицы. А поскольку одна грань скошена, то волны между собой интерферируют, и область локализации получается кривой», — приводятся в тексте пояснения профессора отделения электронной инженерии ТПУ Игоря Минина.

Одним из возможных способов применения фотонного крючка может стать манипулирование наночастицами. Как отметили ученые, он позволяет перемещать наночастицы под действием давления света, огибать барьер, переносить их через него. Как полагают ученые, это перспективное применение для биологии, медицины, создания новых материалов, где необходимо управлять клетками. Также полученный «крючок» может использоваться в микроскопии для получения изображений в сверхразрешении.