RU2756882C1 - Photon jet shaping device - Google Patents

Photon jet shaping device Download PDF

Info

Publication number
RU2756882C1
RU2756882C1 RU2021106938A RU2021106938A RU2756882C1 RU 2756882 C1 RU2756882 C1 RU 2756882C1 RU 2021106938 A RU2021106938 A RU 2021106938A RU 2021106938 A RU2021106938 A RU 2021106938A RU 2756882 C1 RU2756882 C1 RU 2756882C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
particle
dielectric
focusing
refractive index
Prior art date
Application number
RU2021106938A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Владиленович Минин
Олег Владиленович Минин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет геосистем и технологий»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет геосистем и технологий» filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет геосистем и технологий»
Priority to RU2021106938A priority Critical patent/RU2756882C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2756882C1 publication Critical patent/RU2756882C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/002Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/58Optics for apodization or superresolution; Optical synthetic aperture systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

FIELD: dielectric focusing devices.
SUBSTANCE: device can be used as a dielectric focusing device, in particular, for focusing electromagnetic radiation into a local area with subdiffraction dimensions. A device for forming a photonic jet consists of a radiation source and a dielectric particle with a characteristic size comparable to the wavelength λ of the radiation used. The particle is made in the form of a cylinder, and the radiation falls on its flat end, located perpendicular to the incident radiation.
The particle is formed by an array of coaxial and successively located hollow cones at a distance of no more than 0.5λ from each other and with a cone opening angle ranging from about 88 to 112 degrees, and the cones are made of a material that reflects incident radiation.
EFFECT: creation of a device for focusing a photon jet with a constant value of the required relative refractive index at various values ​​of the refractive index of the environment.
1 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а точнее к диэлектрическим фокусирующим устройствам, предназначенным, в частности, для фокусировки электромагнитного излучения в локальную область с субдифракционными размерами и может быть применено для фокусировки упругих волн в фокальную область с поперечными размерами менее дифракционного предела. The invention relates to the field of optical instrumentation, and more precisely to dielectric focusing devices designed, in particular, for focusing electromagnetic radiation into a local area with subdiffraction dimensions and can be used for focusing elastic waves into a focal area with transverse dimensions less than the diffraction limit.

Известно устройство для формирования фотонной струи, обладающей свойствами сверхразрешения, состоящее из источника излучения и слабопоглощающей диэлектрической частицы с диаметром, сравнимым с длиной волны падающего излучения и расположенной вдоль направления распространения излучения [Гейнц Ю.Э., Земляное А.А., Панина Е.К. Сравнительный анализ пространственных форм фотонных струй от сферических диэлектрических микрочастиц // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25, №5, С. 417-424]. При этом диэлектрическая частица выполнена в виде сфероида.A device for the formation of a photon jet with superresolution properties is known, consisting of a radiation source and a weakly absorbing dielectric particle with a diameter comparable to the wavelength of the incident radiation and located along the direction of radiation propagation [Heints Yu.E., Zemlyanoye A.A., Panina E. TO. Comparative analysis of spatial shapes of photonic jets from spherical dielectric microparticles // Optics of the atmosphere and ocean. 2012. T. 25, No. 5, S. 417-424]. In this case, the dielectric particle is made in the form of a spheroid.

Фотонная струя возникает в области теневой поверхности диэлектрических микросферических частиц - в т.н. ближней зоне дифракции - и характеризуется сильной пространственной локализацией и высокой интенсивностью оптического поля в области фокусировки. Пространственное разрешение фотонной струи достигает величины порядка λ/4-λ/3, где λ - длина волны используемого излучения. В радио- и акустическом диапазонах формируются аналоги фотонной струи. Понятие акустоструи (acoustojet) как аналога фотонной струи в оптике было впервые введено в работах [I.V. Minin and O.V. Minin, Acoustojet: acoustic analogue of photonic jet phenomenon, arXiv:1604.08146 (2016); O.V. Minin and I.V. Minin, Acoustic analogue of photonic jet phenomenon based on penetrable 3D particle // Opt. Quant. Electron. 49, 54 (2017); J.H. Lopes, J.P. Leo-Neto, I.V. Minin, O.V. Minin, a & G.T. Silva, A theoretical analysis of acoustic jets // ICA2016, 0943, (2016)].A photon jet arises in the area of the shadow surface of dielectric microspherical particles - in the so-called. near diffraction zone - and is characterized by strong spatial localization and high intensity of the optical field in the focusing area. The spatial resolution of the photonic jet reaches a value of the order of λ / 4-λ / 3, where λ is the wavelength of the radiation used. Analogs of a photonic jet are formed in the radio and acoustic ranges. The concept of an acoustojet as an analogue of a photonic jet in optics was first introduced in [I.V. Minin and O.V. Minin, Acoustojet: acoustic analogue of photonic jet phenomenon, arXiv: 1604.08146 (2016); O.V. Minin and I.V. Minin, Acoustic analogue of photonic jet phenomenon based on penetrable 3D particle // Opt. Quant. Electron. 49, 54 (2017); J.H. Lopes, J.P. Leo-Neto, I.V. Minin, O.V. Minin, a & G.T. Silva, A theoretical analysis of acoustic jets // ICA2016, 0943, (2016)].

Акустоструя это область повышенной концентрации акустической энергии с высоким (субволновым) пространственным разрешением, возникающая непосредственно на теневой стороне мезоразмерной звукопроводящей частицы.Acoustically this is an area of increased concentration of acoustic energy with high (subwavelength) spatial resolution, which appears directly on the shadow side of a meso-sized sound-conducting particle.

Известное устройство формирует фотонную струю вдоль направления падения излучения в режиме «на прохождение» (т.е. область формирования фотонной струи находится с противоположной стороны диэлектрической частицы относительно источника излучения).The known device generates a photon jet along the direction of incidence of radiation in the "pass through" mode (ie, the region of formation of the photon jet is located on the opposite side of the dielectric particle relative to the radiation source).

Позднее возможность получения фотонных наноструй была изучена для диэлектрических осесимметричных тел, например, эллиптических наночастиц [Минин И.В., Минин О.В. Квазиоптика: современные тенденции развития - Новосибирск: СГУГиТ, 2015. - 163 с.; T. Jalalia and D. Erni. Highly confined photonic nanojet from elliptical particles // Journal of Modern Optics, Vol. 61, No. 13, 1069-1076 (2014).], а также полусфер [Cheng-Yang Liu. Photonic nanojet shaping of dielectric non-spherical microparticles // Physica E 64 (2014), pp. 23-28.], дисков [C-Y. Liu and C-C. Li. Photonic nanojet induced modes generated by a chain of dielectric microdisks. Optik 127, 267-273 (2016).], цилиндра-сферы [Jinlong Zhu and Lynford L. Goddard. Spatial control of photonic nanojets // Optics Express, Vol. 24, No. 26, 2016, 30445].Later, the possibility of obtaining photonic nanojets was studied for dielectric axisymmetric bodies, for example, elliptical nanoparticles [IV Minin, OV Minin. Quasi-optics: modern development trends - Novosibirsk: SGUGiT, 2015. - 163 p .; T. Jalalia and D. Erni. Highly confined photonic nanojet from elliptical particles // Journal of Modern Optics, Vol. 61, No. 13, 1069-1076 (2014).], As well as hemispheres [Cheng-Yang Liu. Photonic nanojet shaping of dielectric non-spherical microparticles // Physica E 64 (2014), pp. 23-28.], Discs [C-Y. Liu and C-C. Li. Photonic nanojet induced modes generated by a chain of dielectric microdisks. Optik 127, 267-273 (2016).], Cylinder-sphere [Jinlong Zhu and Lynford L. Goddard. Spatial control of photonic nanojets // Optics Express, Vol. 24, No. 26, 2016, 30445].

Также было обнаружено, что фотонные струи могут быть сформированы несимметричными мезоразмерными диэлектрическими частицами, например, куб, усеченный шар, пирамида, усеченная пирамида, призма, объемный шестигранник и т.д. [I.V. Minin and O.V. Minin. Diffractive optics and nanophotonics: Resolution below the diffraction limit, Springer, 2016 http://www.springer.com/us/book/9783319242514#aboutBook; V. Pacheco-Pena, M. Beruete, I.V. Minin and O.V. Minin. Terajets produced by 3D dielectric cuboids. Appl. Phys. Lett. 105, 084102 (2014); I.V. Minin, O.V. Minin and Geintz Y.E. Localized EM and photonic jets from non-spherical and non-symmetrical dielectric mesoscale objects: brief review. Annalen der Physik (AdP), May 2015 DOI: 10.1002/andp.201500132; Yu. E. Geintz, A.A. Zemlyanov and E. K. Panina. Photonic Nanonanojets from Nonspherical Dielectric Microparticles. Russian Physics Journal 58, 904-910 (2015); Yu. E. Geints, A.A. Zemlyanov and E.K. Panina. Characteristics of photonic jets from microcones. Optics and Spectroscopy 119, 849-854 (2015); И.В. Минин, О.В. Минин. Фотоника изолированных диэлектрических частиц произвольной трехмерной формы - новое направление оптических информационных технологий // "Вестник НГУ. Серия: Информационные технологии". 2014, №4, С. 4-10.]. В качестве материала фокусирующих частичек используется однородный диэлектрик.It was also found that photonic jets can be formed by asymmetric mesoscale dielectric particles, for example, a cube, a truncated ball, a pyramid, a truncated pyramid, a prism, a three-dimensional hexagon, etc. [I.V. Minin and O.V. Minin. Diffractive optics and nanophotonics: Resolution below the diffraction limit, Springer, 2016 http://www.springer.com/us/book/9783319242514#aboutBook; V. Pacheco-Pena, M. Beruete, I.V. Minin and O.V. Minin. Terajets produced by 3D dielectric cuboids. Appl. Phys. Lett. 105, 084102 (2014); I.V. Minin, O.V. Minin and Geintz Y.E. Localized EM and photonic jets from non-spherical and non-symmetrical dielectric mesoscale objects: brief review. Annalen der Physik (AdP), May 2015 DOI: 10.1002 / andp.201500132; Yu. E. Geintz, A.A. Zemlyanov and E. K. Panina. Photonic Nanonanojets from Nonspherical Dielectric Microparticles. Russian Physics Journal 58, 904-910 (2015); Yu. E. Geints, A.A. Zemlyanov and E.K. Panina. Characteristics of photonic jets from microcones. Optics and Spectroscopy 119,849-854 (2015); I.V. Minin, O.V. Minin. Photonics of isolated dielectric particles of arbitrary three-dimensional shape - a new direction of optical information technologies // Vestnik NSU. Series: Information technologies. 2014, No. 4, S. 4-10.]. A homogeneous dielectric is used as a material for focusing particles.

Фотонная (акустическая) струя возникает только для определенных значений относительного показателя преломления в материале частицы (линзы) и окружающей среды, не превышающей 2 [Z. G. Chen, A. Taflove, and V. Backman. Photonic nanojet enhancement of backscattering of light by nanoparticles: a potential novel visible-light ultramicroscopy technique // Optics Express, vol. 12, pp. 1214-1220, Apr 2004., Igor V. Minin, Oleg V. Minin, and Yuri E. Geints. Localized EM and photonic jets from non-spherical and non-symmetrical dielectric mesoscale objects: Brief review // Ann. Phys. (Berlin), 1-7 (2015), Boris S. Luk’yanchuk, Ramón Paniagua-Domínguez, Igor Minin, Oleg Minin, and Zengbo Wang Refractive index less than two: photonic nanojets yesterday, today and tomorrow // Optical Materials Express Vol. 7, Issue 6, pp. 1820-1847 (2017), Минин И.В., Минин О.В. Фотонные струи в науке и технике // Вестник СГУГИТ, Т. 22, № 2, 2017, с. 212-234., J. H. Lopes, M. A. B. Andrade, J. P. Leão-Neto, J. C. Adamowski, I. V. Minin, and G. T. Silva. Focusing Acoustic Beams with a Ball-Shaped Lens beyond the Diffraction Limit // Phys. Rev. Applied 8, 024013 (2017), DOI: 10.1103/PhysRevApplied 8.024013; Минин И.В., Минин О.В. Сверхразрешение в акустических фокусирующих устройствах // Вестник СГУГИТ, Том 23, № 2, 2018, с. 231-244.]. Photonic (acoustic) jet occurs only for certain values of the relative refractive index in the material of the particle (lens) and the environment, not exceeding 2 [Z. G. Chen, A. Taflove, and V. Backman. Photonic nanojet enhancement of backscattering of light by nanoparticles: a potential novel visible-light ultramicroscopy technique // Optics Express, vol. 12, pp. 1214-1220, Apr 2004. Igor V. Minin, Oleg V. Minin, and Yuri E. Geints. Localized EM and photonic jets from non-spherical and non-symmetrical dielectric mesoscale objects: Brief review // Ann. Phys. (Berlin), 1-7 (2015), Boris S. Luk'yanchuk, Ramón Paniagua-Domínguez, Igor Minin, Oleg Minin, and Zengbo Wang Refractive index less than two: photonic nanojets yesterday, today and tomorrow // Optical Materials Express Vol. 7, Issue 6, pp. 1820-1847 (2017), Minin I.V., Minin O.V. Photonic jets in science and technology // Bulletin of SGUGIT, vol. 22, no. 2, 2017, p. 212-234., J. H. Lopes, M. A. B. Andrade, J. P. Leão-Neto, J. C. Adamowski, I. V. Minin, and G. T. Silva. Focusing Acoustic Beams with a Ball-Shaped Lens beyond the Diffraction Limit // Phys. Rev. Applied 8, 024013 (2017), DOI: 10.1103 / PhysRevApplied 8.024013; Minin I.V., Minin O.V. Superresolution in acoustic focusing devices // Bulletin of SGUGIT, Volume 23, No. 2, 2018, p. 231-244.].

Считается, что при фокусировке волн любой природы волновая энергия концентрируется в области с поперечным размером, не меньшим половины длины волны [Горелик Г.С. Колебания и волны. М.: Гос.изд. Физ.-мат.лит., 1959, с. 377]. Величина поперечного разрешения линзы определяется критерием Рэлея (дифракционный предел) [Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973, 720 с.]:It is believed that when focusing waves of any nature, the wave energy is concentrated in a region with a transverse size not less than half the wavelength [Gorelik G.S. Oscillations and waves. Moscow: State Publishing House. Phys.-Mat.Lit., 1959, p. 377]. The magnitude of the transverse resolution of the lens is determined by the Rayleigh criterion (diffraction limit) [Born M., Wolf E. Fundamentals of optics. M .: Nauka, 1973, 720 p.]:

δ≈1,22λ/D,δ≈1.22λ / D,

где λ - длина акустической волны, D - диаметр линзы. Для достижения высокого пространственного разрешения необходимо использовать линзы с высокой числовой апертурой.where λ is the acoustic wavelength, D is the lens diameter. To achieve high spatial resolution, it is necessary to use lenses with a high NA.

Общим недостатком устройств формирования фотонной струи является невозможность их использования при изменении величины показателя преломления материала окружающей среды при сохранении необходимого относительного показателя преломления.A common disadvantage of devices for the formation of a photonic jet is the impossibility of using them when changing the refractive index of the material of the environment while maintaining the required relative refractive index.

В качестве прототипа выбрано устройство по патенту РФ № 178616. Устройство для формирования фотонной струи, состоящее из источника излучения и диэлектрической частицы с характерным размером, сравнимым с длиной волны падающего излучения, при этом частица выполнена в виде цилиндра, а излучение падает на ее плоский торец, расположенный перпендикулярно падающему излучению.A device according to RF patent No. 178616 was selected as a prototype. A device for forming a photon jet, consisting of a radiation source and a dielectric particle with a characteristic size comparable to the wavelength of the incident radiation, while the particle is made in the form of a cylinder, and the radiation falls on its flat end located perpendicular to the incident radiation.

Недостатком устройства является невозможность его использования при изменении величины показателя преломления материала окружающей среды при сохранения необходимого относительного показателя преломления.The disadvantage of the device is the impossibility of using it when the value of the refractive index of the material of the environment changes while maintaining the required relative refractive index.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно разработка устройства формирования фотонной струи с постоянным значением необходимого относительного показателя преломления при различных значениях показателя преломления окружающей среды, в которой размещена формирующая фотонную струю частица.The objective of the present invention is to eliminate these disadvantages, namely to develop a device for forming a photonic jet with a constant value of the required relative refractive index at various values of the refractive index of the environment in which the particle forming the photonic jet is located.

Указанная задача достигается тем, что устройство для формирования фотонной струи, состоящее из источника излучения и диэлектрической частицы с характерным размером, сравнимым с длиной волны падающего излучения, при этом частица выполнена в виде цилиндра, а излучение падает на ее плоский торец, расположенный перпендикулярно падающему излучению, новым является то, что частица образована массивом соосных и последовательно расположенных полых конусов на расстоянии друг от друга не более 0,5λ, где λ - длина волны используемого излучения и с углом раствора конуса лежащем в диапазоне примерно от 88 до 112 градусов, а конусы изготовлены из материала отражающего падающее излучение.This task is achieved by the fact that a device for the formation of a photon jet, consisting of a radiation source and a dielectric particle with a characteristic size comparable to the wavelength of the incident radiation, while the particle is made in the form of a cylinder, and the radiation falls on its flat end, located perpendicular to the incident radiation , new is that the particle is formed by an array of coaxial and successively located hollow cones at a distance of no more than 0.5λ from each other, where λ is the wavelength of the radiation used and with a cone opening angle lying in the range from about 88 to 112 degrees, and the cones made of material that reflects incident radiation.

Известен искусственный диэлектрик образованный из решетки параллельных пластин установленных под углом θ к падающему излучению. Принцип действия такой искусственной среды заключается в том, чтобы заставить волны двигаться между наклонно расположенными пластинами. В этом случае, проходимый путь возрастает в 1/сos раз, что соответствует эффективному показателю преломления по отношению к распространению волн в свободном пространстве n=1/сosθ [Kock W. E. Metal-lens antennas // Proc. IRE. 34, 828-836 (1946); Winston E. Kock. Metallic Delay Lenses // Bell System Technical Journal, 1948, 27, р. 58-82.].Known artificial dielectric formed from a lattice of parallel plates set at an angle θ to the incident radiation. The principle of operation of such an artificial environment is to make waves move between inclined plates. In this case, the traversable path increases by 1 / сos times, which corresponds to the effective refractive index in relation to wave propagation in free space n = 1 / сosθ [Kock W. E. Metal-lens antennas // Proc. IRE. 34,828-836 (1946); Winston E. Kock. Metallic Delay Lenses // Bell System Technical Journal, 1948, 27, p. 58-82.].

В таком искусственном диэлектрике эффективный показатель преломления зависит только от угла наклона пластин решетки. В таблице 1 приведены значения эффективного показателя преломления nэф от угла наклона пластин.In such an artificial dielectric, the effective refractive index depends only on the angle of inclination of the grating plates. Table 1 shows the values of the effective refractive index n eff from the angle of inclination of the plates.

Таблица 1Table 1

Эф. показатель преломления, nэф Eph. refractive index, n eff 1,01.0 1,021.02 1,061.06 1,151.15 1,311.31 1,561.56 1,741.74 2,02.0 Угол наклона пластинThe angle of inclination of the plates 00 10ten 20twenty 30thirty 4040 5050 5555 6060

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показано устройство для формирования фотонной струи.FIG. 1 shows a device for forming a photonic jet.

На фиг. 2 показаны результаты численного моделирования формирования фотонной тераструи частицы в случае падение излучения на цилиндр, образованный массивом соосных и последовательно расположенных полых конусов со стороны их основания (а) и вершины (б).FIG. 2 shows the results of numerical simulation of the formation of a photon terastruct of a particle in the case of incidence of radiation on a cylinder formed by an array of coaxial and sequentially located hollow cones from the side of their base (a) and top (b).

На фиг. 1 обозначены: 1 - падающее на частицу излучения от источника излучения, 2 - частица, формирующая фотонную струю, 3 - массив соосных и последовательно расположенных полых конусов, 4 - фотонная струя.FIG. 1 denotes: 1 - radiation incident on a particle from a radiation source, 2 - a particle that forms a photonic jet, 3 - an array of coaxial and sequentially located hollow cones, 4 - a photonic jet.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Освещающее излучение 1 падает на частицу в форме цилиндра 2, образованного массивом соосных и последовательно расположенных полых конусов 3. Электромагнитная или акустическая волна, проходя больший пусть вдоль поверхности конуса, имеет больший эффективный показатель преломления, чем при распространении излучения вдоль поверхности цилиндрической частицы. Особенностью устройства является то, что вещество окружающее частицу 2 находится и между массивом соосных, и последовательно расположенных полых конусов 3. В результате дифракции электромагнитной или акустической освещающей волны на цилиндрической частице и интерференции волн прошедших через частицу формируется область фокусировки 4 (фотонная струя) с субволновым разрешением. The claimed device operates as follows. Illuminating radiation 1 falls on a particle in the form of a cylinder 2 formed by an array of coaxial and successively located hollow cones 3. An electromagnetic or acoustic wave, passing a larger one along the surface of the cone, has a larger effective refractive index than when radiation propagates along the surface of a cylindrical particle. A feature of the device is that the substance surrounding the particle 2 is located between an array of coaxial and sequentially located hollow cones 3. As a result of the diffraction of an electromagnetic or acoustic illuminating wave on a cylindrical particle and the interference of waves that have passed through the particle, a focusing region 4 (photonic jet) with a subwavelength resolution.

Достоинством предлагаемого устройства является независимость его свойств от параметров окружающей среды, так как материал окружающей среды находится в структуре формирующего устройства, а его относительный показатель преломления зависит только от физической длины боковых сторон конуса или от угла наклона θ по отношению к падающему излучению.The advantage of the proposed device is the independence of its properties from the parameters of the environment, since the material of the environment is in the structure of the forming device, and its relative refractive index depends only on the physical length of the lateral sides of the cone or on the angle of inclination θ with respect to the incident radiation.

При моделировании работы устройства, расстояние между соосными конусами выбиралось менее λ/2, примерно 0,4λ. При уменьшении расстояния между пластинами увеличивается «однородность» такого материала. При увеличении расстояния между соосными конусами более 0,5 λ уменьшалась интенсивность формируемой области фокусировки.When simulating the operation of the device, the distance between the coaxial cones was chosen less than λ / 2, approximately 0.4λ. As the distance between the plates decreases, the "uniformity" of such a material increases. With an increase in the distance between the coaxial cones more than 0.5 λ, the intensity of the formed focusing area decreased.

Конусы могут быть изготовлены из материала отражающего падающее излучение для обеспечения эффективного распространения излучения между поверхностями соосно расположенных полых конусов. Например, в электромагнитном диапазоне длин волн это могут быть различные металлы или диэлектрики с высоким показателем преломления по отношению к показателю преломления окружающей цилиндрическую частицу среде. В акустическом диапазоне конусы могут быть изготовлены из материала создающего контраст импеданса с окружающей средой. Их возможно изготовить методом 3D печати.The cones can be made of a material that reflects the incident radiation to ensure efficient propagation of radiation between the surfaces of the coaxially located hollow cones. For example, in the electromagnetic wavelength range, these can be various metals or dielectrics with a high refractive index in relation to the refractive index of the medium surrounding the cylindrical particle. In the acoustic range, the cones can be made of a material that creates a contrasting impedance with the environment. They can be made using 3D printing.

Нижняя граница угла раствора конуса 88 градусов соответствует показателю преломления примерно равного 1,4. При показателе преломления менее 1,4 формируется область фокусировки с разрешением примерно равным дифракционному пределу. Верхняя граница раствора конуса 112 градусов соответствует показателю преломления примерно равного 1,8. При показателе преломления более 1,8 область фокусировки смещается внутрь тела цилиндрической частицы.The lower limit of the 88 degree cone angle corresponds to a refractive index of approximately 1.4. When the refractive index is less than 1.4, a focusing area is formed with a resolution approximately equal to the diffraction limit. The upper limit of the opening of the 112-degree cone corresponds to a refractive index of about 1.8. When the refractive index is more than 1.8, the focusing area shifts into the body of the cylindrical particle.

Конкретное значение величины раствора конусов частицы определяется в зависимости от назначения устройства и требуемых оптимальных параметров области фокусировки.The specific value of the size of the opening of the particle cones is determined depending on the purpose of the device and the required optimal parameters of the focusing area.

Заявляемое устройство, обеспечивает актуальное расширение приборного арсенала современных фокусирующих систем с субволновыми размерами, формирующих фотонные струи.The claimed device provides an actual expansion of the instrumental arsenal of modern focusing systems with subwavelength dimensions that form photonic jets.

Техническим результатом является создание устройства для фокусировки фотонной струи с постоянным значением необходимого относительного показателя преломления при различных значениях показателя преломления окружающей среды, в которой размещена формирующая фотонную струю частица.The technical result is to create a device for focusing a photon jet with a constant value of the required relative refractive index at different values of the refractive index of the environment in which the particle forming the photon jet is located.

Claims (1)

Устройство для формирования фотонной струи, состоящее из источника излучения и диэлектрической частицы с характерным размером, сравнимым с длиной волны падающего излучения, при этом частица выполнена в виде цилиндра, а излучение падает на ее плоский торец, расположенный перпендикулярно падающему излучению, отличающееся тем, что частица образована массивом соосных и последовательно расположенных полых конусов на расстоянии друг от друга не более 0.5λ, где λ – длина волны используемого излучения и с углом раствора конуса, лежащим в диапазоне примерно от 88 до 112 градусов, а конусы изготовлены из материала, отражающего падающее излучение.A device for forming a photon jet, consisting of a radiation source and a dielectric particle with a characteristic size comparable to the wavelength of the incident radiation, while the particle is made in the form of a cylinder, and the radiation falls on its flat end, located perpendicular to the incident radiation, characterized in that the particle formed by an array of coaxial and sequentially located hollow cones at a distance of no more than 0.5λ from each other, where λ is the wavelength of the radiation used and with a cone opening angle ranging from about 88 to 112 degrees, and the cones are made of a material that reflects incident radiation ...
RU2021106938A 2021-03-17 2021-03-17 Photon jet shaping device RU2756882C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021106938A RU2756882C1 (en) 2021-03-17 2021-03-17 Photon jet shaping device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021106938A RU2756882C1 (en) 2021-03-17 2021-03-17 Photon jet shaping device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2756882C1 true RU2756882C1 (en) 2021-10-06

Family

ID=78000212

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021106938A RU2756882C1 (en) 2021-03-17 2021-03-17 Photon jet shaping device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2756882C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU178616U1 (en) * 2017-11-01 2018-04-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Device for forming a photon stream
EP3633421A1 (en) * 2018-10-01 2020-04-08 InterDigital CE Patent Holdings Effective refractive index based device for forming at least one focused beam in the near zone, from incident electromagnetic waves
RU197437U1 (en) * 2019-11-06 2020-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Acoustic diode
RU200579U1 (en) * 2020-07-13 2020-10-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУТиТ) Fully dielectric optical diode

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU178616U1 (en) * 2017-11-01 2018-04-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Device for forming a photon stream
EP3633421A1 (en) * 2018-10-01 2020-04-08 InterDigital CE Patent Holdings Effective refractive index based device for forming at least one focused beam in the near zone, from incident electromagnetic waves
RU197437U1 (en) * 2019-11-06 2020-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Acoustic diode
RU200579U1 (en) * 2020-07-13 2020-10-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУТиТ) Fully dielectric optical diode

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Minin et al. Localized EM and photonic jets from non‐spherical and non‐symmetrical dielectric mesoscale objects: brief review
RU178616U1 (en) Device for forming a photon stream
Minin et al. Diffractive optics and nanophotonics
Geints et al. Comparison of photonic nanojets key parameters produced by nonspherical microparticles
RU2756882C1 (en) Photon jet shaping device
Xu et al. Wolf effect of partially coherent light fields in two-dimensional curved space
Geints Minin IV. Controlling near-field focusing of a mesoscale binary phase plate in an optical radiation field with circular polarization
RU191638U1 (en) Device for forming a photon stream
RU181086U1 (en) LENS
RU175684U1 (en) Acoustic sensor
RU161592U1 (en) OPTICAL MICROSENSOR BASED ON PHOTON JETS OF THERAHZ, IR OR OPTICAL WAVES
CN113740939B (en) Optical device with disordered functional unit configuration
Geints et al. Comparative analysis of key parameters of photonic nanojets from axisymmetric nonspherical microparticles
RU2672980C1 (en) Microscope cover glass
RU2795677C1 (en) Mesoscale cuboid plate lens
RU171359U1 (en) Integrated antenna
Geints et al. Localized light jets from radially symmetric nonspherical dielectric microparticles
RU202291U1 (en) Scanner "photonic jet" in the microwave and EHF ranges
RU176266U1 (en) Subdiffraction resolution focusing device
Minin et al. Photonics of mesoscale nonspherical and non axysimmetrical dielectric particles and application to cuboid-chain with air-gaps waveguide based on periodic terajet-induced modes
RU2774641C1 (en) Minin lens
Geints et al. Controlling the parameters of photon nanojets of composite microspheres
RU182548U1 (en) Fully Dielectric Optical Diode
RU2809980C1 (en) Method and device for forming inclined photon jet formed by meso-sized particle
RU178617U1 (en) Fully optical diode