Metaanyag-optika

[G.Á]

Először 1968-ban vetette fel V.G. Veselago, hogy hogyan viselkednének a negatív törésmutatójú anyagok optikai szempontból.
A 2000-es évekig javarészt feledésbe merült a cikke, de mivel a negatív törésmutatójú anyagok, az ú.n. metaanyagok fabrikálása kísérletileg lehetségessé vált, újra érdekessé vált a problémakör.




Tekintsünk egy optikai tartományban n=-1 törésmutatójú, adott vastagságú síklemezt.
Hogyan látna az egyik oldali szemlélő egy, a túloldalon lévő pontot?
Mi a helyzet, a túloldali felületre tapadt piszokkal?

Tegyük fel, hogy a permittivitás és permeabilitás egyaránt közel -1.
Milyen értéket vehet fel a törésmutató? Mi alapján dönthetünk?

Mit mondhatunk a hullámvektorról a közegben?

[Zsolt68]

[G.Á]

Az a ki nem mondott részeredményed, hogy a töréskor az egyes optikai trajektóriák változatlan szöget zárnak be a sík normálisára, csak éppen azonos oldalon lesznek; helyes.
Az ábrád is helyes, két független trajektóriára.
A geometriai optikai képalkotáshoz viszont az szükséges, hogy egy (vagy több) adott pontból legalább kettő trajektória induljon ki.
Ezeknek a metszéspontja lesz a lényeges.

[Zsolt68]

[G.Á]

Valóban, a lemez eltolja a képet, úgy hogy (ha a vastagságot D-vel jelöljük) 2D-vel közelebbinek tűnjön.
Talán ez az ábra jobban demonstrálja a lényeget, bár a szögek szempontjából rossz:


Egyszerű úton belátható az, hogy ha "L" távolságra van a tárgypont a lemeztől, a valódi kép pontja 2L+2(D-L)=2D távolsággal közelebb kerül.
Az is belátható, hogy valódi kép csak addig jelenik meg, ameddig a test elég közel, "D" távolságra van a lemeztől.

A látszólagos kép esetén szintén ugyanekkora eltolás látható be.

Az első meglepő következtetés az, hogy egy egyszerű réteg is elvben alkalmazható ideális lencse-ként.
Asztigmatizmus, párnatorzítás, szferikus aberráció nem, legfeljebb kromatikus aberráció lépne fel.

Ennél bonyolultabb geometria és elrendezés felhasználásával készíthető el a "láthatatlanná tévő" réteg.

[Zsolt68]

[Zsolt68]

[G.Á]

A geometriai optikai szerkesztésekhez elvileg elegendő mindaz amit középiskolákban tanítanak, bár te most éppen a vastag lencse, nem-paraxiális , ferde beesésű elrendezésre készítettél ábrákat, ami már messze nem esnek az elemi esetek közé.
Szép ábrák különben, de a feladatnak még két része visszavan.

[Zsolt68]

[G.Á]