METATOY - METATOY

Bir dizi uzatılmış, dik, Güvercin prizmaları, iletilen ışık ışınlarının yatay yönünü döndüren bir METATOY oluşturur. METATOY'a dik yönde gerilmiş yeşil bir kutu, METATOY'dan bakıldığında bir hiperbola doğru bükülmüş görünür. Aşağıdaki resimde METATOY'un yakından görünümü görülmektedir.

Bir METATOY iletilen ışık ışınlarının yolunu değiştiren iki boyutlu küçük, teleskopik optik bileşenlerden oluşan bir tabakadır. METATOY, "ışınlar için metamalzeme" nin kısaltmasıdır ve aşağıdakilerle bir dizi benzerliği temsil eder: metamalzemeler; METATOY'lar, metamalzemelerin birkaç tanımını bile karşılar, ancak alışılagelmiş anlamda kesinlikle metamalzemeler değildir. Uzaktan bakıldığında, her bir teleskopik optik bileşenden gelen görüntü, bir bütün olarak METATOY boyunca bir piksel olarak işlev görür. En basit durumda, tek tek optik bileşenlerin tümü aynıdır; METATOY daha sonra çok sıradışı optik özelliklere sahip olabilen homojen, ancak pikselli bir pencere gibi davranır (bir METATOY üzerinden görüntünün resmine bakın).

METATOY'lar genellikle şu çerçevede ele alınır: geometrik optik; bir METATOY tarafından gerçekleştirilen ışık ışını yön değişikliği, bir haritalama Gelen herhangi bir ışık ışınının yönünün giden ışının karşılık gelen yönüne. Işık ışını yönü eşlemeleri çok genel olabilir. METATOY'lar, neden olduğu bir durum nedeniyle pikselli olmayan biçimde var olamayan pikselli ışık ışını alanları bile oluşturabilir. dalga optiği.[1]

METATOY'lar üzerindeki çalışmaların çoğu şu anda teoriktir ve bilgisayar simülasyonları ile desteklenmektedir. Bugüne kadar az sayıda deney yapılmıştır; daha deneysel çalışmalar devam ediyor.

METATOY'lara örnekler

Dik dizinin oluşturduğu bir METATOY'un yakından görünümü Güvercin prizmaları, yukarıdan bakıldığında. METATOY üzerinden görüntü önceki görüntüde gösterilmektedir.

İki boyutlu dizilerin birim hücresi olarak kullanılan ve bu nedenle homojen METATOY'lar oluşturan teleskopik optik bileşenler, bir çift özdeş lens (odak uzunluğu ) aynı optik ekseni paylaşan (METATOY'a dik) ve yani bir odak düzlemini paylaşırlar (özel bir durum kırıcı teleskop ile açısal büyütme -1);[2] bir çift özdeş olmayan lens (odak uzunlukları ve ) aynı optik ekseni paylaşan (yine METATOY'a dik) ve yani yine bir odak düzlemini paylaşırlar (önceki durumun bir genellemesi, herhangi bir açısal büyütme ile kırılan bir teleskop);[3] bir çift özdeş olmayan lens (odak uzunlukları ve ) tek bir odak düzlemi paylaşan, yani METATOY'a dik olması gerekmeyen optik eksenin yönünü paylaşırlar ve (önceki durumun bir genellemesi);[4] a prizma;[5] ve bir Güvercin prizması [6][7][8][9]

Homojen olmayan METATOY'ların örnekleri arasında hareli büyüteç,[10] kasıtlı olarak "yanlış hizalanmış" eş odaklı mikrolens dizileri; Fresnel lensler prizmalardan yapılmış homojen olmayan METATOY'lar olarak görülebilen; ve buzlu cam Bu, prizmalardan yapılmış homojen olmayan, rastgele bir METATOY'un aşırı bir durumu olarak görülebilir.

Yukarıda tanımlanan METATOY'ların örnekleri, metamalzemeler ile analojiler kaydedilmeden çok önce mevcuttu ve METATOY'ların dalga-optik olarak yasaklanmış ışın yönü haritalamalarını (pikselli formda) gerçekleştirebildiği kabul edildi.[1]

Işık ışını alanları ve METATOY'larda dalga-optik kısıtlamalar

Dalga optiği ışığı daha temel bir düzeyde tanımlar geometrik optik. Işın optik sınırında (optik dalga boyu sıfıra doğru eğilimlidir) skaler optiğin (burada ışığın bir skaler dalga için iyi çalışan bir yaklaşım paraksiyel üniformalı ışık polarizasyon ), ışık ışını alanı r bir ışık dalgasına karşılık gelen faz gradyanı,[11]

nerede dalganın evresi . Ama göre vektör hesabı, herhangi bir degradenin rotasyoneli sıfırdır, yani

ve bu nedenle

Bu son denklem, ışık ışını alanlarında dalga optiğinden türetilen bir durumdur (Bu vektör denklemini oluşturan üç denklemin her biri, ikinci uzamsal türevlerin simetrisi, durum başlangıçta böyle formüle edildi.[1])

Işın döndürme sayfaları örneğini kullanarak,[12] METATOY'ların ışık ışını alanlarında yukarıdaki koşulu karşılamayan ışık ışını alanları oluşturabildiği gösterilmiştir.[1]

Metamalzemeler ile ilişki

METATOY'lar metamalzemeler standart anlamda. METATOY'lar ve metamalzemeler arasındaki bazı benzerlikler nedeniyle "ışınlar için metamalzeme" kısaltması seçilmiştir.[1] Aşağıdaki alıntıda özetlendiği üzere, metamalzemeler, erken METATOY araştırmaları için ilham kaynağı olmuştur:[1]

Metamalzemelerin görsel özelliklerinden bazılarına sahip olan optik unsurları günlük boyut ölçeğinde ve tüm görünür dalga boyu spektrumunda inşa etme arzusundan motive olarak, son zamanlarda iletilen ışık ışınlarının yönünü değiştiren minyatürleştirilmiş optik elemanlardan oluşan tabakaları araştırmaya başladık.

Metamalzemeler ile benzerlikler

METATOY'lar birçok yönden benzerdir metamalzemeler:[1]yapı: metamalzemeler, küçük (alt dalga boyu boyutu) dalga-optik bileşen dizileridir (optik frekansla rezonant elektromanyetik devreler), METATOY'lar ise küçük dizilerdir (pikseller kadar iyi çalışırlar), teleskopik, "ışın optik bileşenler ";işlevsellik: Hem metamalzemeler hem de METATOY'lar homojen malzemeler gibi davranabilir, metamalzemeler söz konusu olduğunda bir hacim malzeme, METATOY'lar durumunda bir tabaka malzeme, her iki durumda da negatif kırılma gibi çok alışılmadık optik özelliklere sahip.

Metamalzemeler ile farklılıklar

Muhtemelen metamalzemelerin en şaşırtıcı özelliklerinden bazıları, temelde dalga-optik olan ve bu nedenle METATOY'larda çoğaltılmayanlar. Bunlar, prensipte mükemmel lenslere ("süper lensler") yol açabilen, geçici dalgaların amplifikasyonunu içerir. [13] ve süper lensleri büyütme ("hiper lensler");[14][15] tersine çevirme faz hızı; tersine çevirme Doppler kayması.

Bununla birlikte, ışık ışını alanlarındaki dalga-optik kısıtlamalara bağlı olmadıkları için tartışılabilir.[Kim tarafından? ] METATOY'ların, bir METATOY etkin bir şekilde metamalzemelerden inşa edilmediği sürece, metamalzemelerin yapamayacağı ışık ışını yönü değişikliklerini gerçekleştirebildiğini.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ a b c d e f g A. C. Hamilton ve J. Courtial (2009). "Işık ışınları için metamalzemeler: ışın optik sınırında dalga-optik analogu olmayan ışın optiği". Yeni J. Phys. 11 (1): 013042. arXiv:0809.4370. Bibcode:2009NJPh ... 11a3042H. doi:10.1088/1367-2630/11/1/013042.
  2. ^ R.F. Stevens ve T. G. Harvey (2002). "Üç boyutlu bir görüntüleme sistemi için lens dizileri". J. Opt. Soc. Am. Bir. 4 (4): S17 – S21. Bibcode:2002JOptA ... 4S..17S. doi:10.1088/1464-4258/4/4/353.
  3. ^ J. Courtial (2008). "Eş odaklı mercek dizileriyle ışın optik kırılma". Yeni J. Phys. 10 (8): 083033. Bibcode:2008NJPh ... 10h3033C. doi:10.1088/1367-2630/10/8/083033.
  4. ^ A. C. Hamilton ve J. Courtial (2009). "Lenslet dizilerini kullanarak genelleştirilmiş kırılma". J. Opt. Soc. Am. Bir. 11 (6): 065502. arXiv:0901.3250. Bibcode:2009JOptA..11f5502H. doi:10.1088/1464-4258/11/6/065502.
  5. ^ Chien-Yue Chen; et al. (2008). "Tek bir mercek stereo görüntü çiftinin mikro prizma dizisini uygulayan optik sistem tasarımı". Opt. Ekspres. 16 (20): 15495–15505. Bibcode:2008OExpr. 1615495C. doi:10.1364 / OE.16.015495. PMID  18825188.
  6. ^ Tongshu Lian ve Ming-Wen Chang (1996). "Yeni tip prizmalar ve yansıtan prizma düzeneği". Optik Mühendisliği. 35 (12): 3427–3431. Bibcode:1996OptEn..35.3427L. doi:10.1117/1.601103.
  7. ^ BİZE 6097554, Watkins, Robert A., "Çoklu Dove Prism Assembly". 
  8. ^ J. Courtial ve J. Nelson (2008). "Işın optik negatif kırılma ve Dove-prizma dizileriyle psödoskopik görüntüleme". Yeni J. Phys. 10 (2): 023028. Bibcode:2008NJPh ... 10b3028C. doi:10.1088/1367-2630/10/2/023028.
  9. ^ A. C. Hamilton ve J. Courtial (2008). "Bir Dove-prizma tabakasının optik özellikleri". J. Opt. Soc. Am. Bir. 10 (12): 125302. Bibcode:2008JOptA..10l5302H. doi:10.1088/1464-4258/10/12/125302.
  10. ^ M. C. Hutley; et al. (1994). "Hareli büyüteç". Pure Appl. Opt .: J. Eur. Opt. Soc. Bölüm A. 3 (2): 133–142. Bibcode:1994PApOp ... 3..133H. doi:10.1088/0963-9659/3/2/006.
  11. ^ Landau, L. D .; Lifschitz, E.M. (1992). Klassische Feldtheorie. Akademie Verlag. s. 154–157. ISBN  978-3-05-501550-2.
  12. ^ A. C. Hamilton; et al. (2009). "Yerel ışık ışını rotasyonu". J. Opt. Soc. Am. Bir.
  13. ^ J. B. Pendry (2000). "Negatif Kırılma Lensi Mükemmelleştirir". Phys. Rev. Lett. 85 (18): 3966–3969. Bibcode:2000PhRvL..85.3966P. doi:10.1103 / PhysRevLett.85.3966. PMID  11041972.
  14. ^ Z. Jacob; et al. (2006). "Optik Hyperlens: Kırınım sınırının ötesinde uzak alan görüntüleme". Opt. Ekspres. 14 (18): 8247–8256. arXiv:fizik / 0607277. Bibcode:2006OExpr..14.8247J. doi:10.1364 / OE.14.008247. PMID  19529199.
  15. ^ Z. Liu; et al. (2007). "Alt Kırınımla Sınırlı Nesneleri Büyüten Uzak Alan Optik Hiperlens". Bilim. 315 (5819): 1686. Bibcode:2007Sci ... 315.1686L. CiteSeerX  10.1.1.708.3342. doi:10.1126 / science.1137368. PMID  17379801.

Dış bağlantılar