메타토이

METATOY는 투과된 광선의 경로를 전환하는 2차원 망원 광학 부품에 의해 형성된 시트다.METATOY는 "광선을 위한 메타물질"의 약자로, 메타물질과 함께 다수의 유사성을 나타낸다. METATOY는 심지어 메타물질의 몇 가지 정의를 충족시키기도 하지만, 확실히 일반적인 의미에서 메타물질은 아니다.멀리서 보았을 때, 각각의 망원경 광학 구성요소를 통한 뷰는 METATOY 전체를 통해 뷰의 하나의 픽셀 역할을 한다.가장 간단한 경우, 개별 광학 구성요소는 모두 동일하다. METATOY는 매우 특이한 광학적 특성을 가질 수 있는 동질적이지만 픽셀화된 창처럼 동작한다(METATOY를 통한 뷰 그림 참조).null

METATOY는 보통 기하학적 광학 프레임워크 내에서 처리된다. METATOY에 의해 수행되는 광선 방향 변화는 들어오는 광선의 방향을 나가는 광선의 해당 방향에 매핑하는 것으로 설명된다.광선 방향 매핑은 매우 일반적일 수 있다.METATOY는 파동 광학기에 의해 강요된 조건 때문에 비화소 형태로 존재할 수 없는 픽셀된 광선장까지 만들 수 있다.^[1]null

METATOYs에 대한 대부분의 작업은 현재 이론적이며, 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 뒷받침된다.지금까지 적은 수의 실험이 수행되었다. 더 많은 실험 작업이 진행 중이다.null

METATOY의 예

2차원 배열의 단위 셀로 사용되어 균일한 METATOY를 형성하는 망원경 광학 부품에는 동일한 광학 축(METATOY에 수직)을 공유하고 2 ${\displaystyle f}$ ${\디스플레이$ 스타일 $2f$로 분리된 동일한 렌즈(초점 길이 $f{\displaystyle }$ ${\displaystyle f$ 한 쌍이 포함된다.이봐 점유율 한 초점 면(굴절 망원경의 각배율과 특별한 사건));[2]non-identical 렌즈 한쌍이 같은 광학 축(다시 METATOY에 수직으로)과 f1+f2로 분리되어 있는 점유율이(초점 길이 f1{\displaystyle f_{1}}와 f2{\displaystyle f_{2}}). {\dIsplaystyle f_{1}+f_{2}}, 그들이 다시 한 사람이 초점 면(전 사건을 일반화, 어떤 각도로 굴절 망원경)을 공유한다는 것입니다.;non-identical 렌즈[3]한쌍은 점유율이 한 초점 면, 그들은 directio을 공유하(초점 길이 f1{\displaystyle f_{1}}와 f2{\displaystyle f_{2}}).광학 축의 n은 METATOY에 반드시 수직이 아니며 $f{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {1\mathrm{}}_{}}$+ ${\displaystyle {f\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\$}}($$전자의 경우 일반화),^[4] 프리즘, ^[5]도브 프리즘으로^[6][7][8][9] 구분된다.

이종 METATOY의 예로는 의도적으로 "잘 정렬되지 않은" 콘포칼로컬 마이크로렌즈 어레이 쌍을 기반으로 하는 ^[10]뮤레 돋보기, 프리즘으로 만든 비균종 METATOY로 볼 수 있는 프레스넬 렌즈, 프리즘으로 만든 비균종 METATOY의 극단적인 경우로 볼 수 있는 프로스트 글라인이 있다.null

위에서 정의한 METATOY의 예는 메타물질과의 유사성이 지적되기 훨씬 전부터 존재해 왔으며 METATOYs가 파동-옵션으로 금지된 광방향 매핑(픽셀 형태의)을 수행할 수 있다는 것을 인정받았다.^[1]null

광선장 및 METATOY의 파장 광학 제약조건

파동 광학에서는 기하학적 광학보다 더 근본적인 수준에서 빛을 설명한다.스칼라 광학(빛을 스칼라 파장으로 표현하는 근사치)의 광전자 한계(광학 파장이 0으로 향하는 경우)에서 광파 $u{\displaystyle (x}$, ${\displaystyle y}$${\displaystyle }$, ${\displaystyle z}$ )에 해당하는$$ 광선장 r${\displaystyle x}$, y${\displaystyle }$, ${\displaystyle z}$ )${\displaystyle }$${\디스플레이$ $스타일(x,y$${\displaystyle ,}$$z)}.$$ystyle u(x,y,z)}$은(^[11]는) 위상 구배,

${\displaystyle \mathbf {r}(x,y,z)=\bla \phi(x,y,z),}$

where ${\displaystyle \phi (x,y,z)}$ is the phase of the wave ${\displaystyle u(x,y,z)=A(x,y,z)\exp(i\phi (x,y,z))}$. But according to vector calculus, the curl of any gradient is zero, that is

$\displaystyle \nabla \timesla \phi(x,y,z)=0,}$

따라서

${\displaystyle \nabla \times \mathbf {r}(x,y,z)=0.}$

이 마지막 방정식은 광선장의 파동 광학으로부터 파생된 조건이다. (이 벡터 방정식을 구성하는 3개의 방정식은 각각 두 번째 공간파생물의 대칭성을 표현하는데, 이것이 그 조건이 처음 형성된 방법이다.)^[1]null

광선 회전 시트의 예를 이용하여,^[12] METATOYs는 광선장에서는 위의 조건을 만족하지 않는 광선장을 만들 수 있는 것으로 나타났다.^[1]null

메타물질과의 관계

METATOYs는 표준적인 의미에서 메타물질이 아니다."광선용 메타물질"이라는 약어는 METATOYs와 메타물질의 차이와 함께 아래에 설명되어 있는 여러 유사성 때문에 선택되었다.^[1]또한 메타물질은 다음 인용구에 요약된 바와 같이 초기 METATOYs 연구에 영감을 주었다.^[1]

메타물질의 시각적 성질을 일상의 크기 스케일과 가시적 파장 스펙트럼 전체에 걸쳐 어느 정도 가지고 있는 광학적 소자를 구축하고자 하는 의욕에 자극받아 최근에는 전송되는 광선의 방향을 바꾸는 소형화된 광학적 소자에 의해 형성된 시트를 조사하기 시작했다.null

메타물질과의 유사성

여러 측면에서, METATOYs metamaterials:[1]구조물에: 작은(sub-wavelength 크기)wave-optical 구성 요소(전자 회로는 광 주파수와 resonant)의 metamaterials 있는 배열에 반해, METATOYs 작은(그래서 그들이 일하는 방식으로 픽셀), 망원경을 사용한"ray-optical 구성 요소"의 배열, 기능성:b.과 유사합니다oth메타물질과 METATOYs는 동질 물질처럼 동작할 수 있으며, 메타물질의 경우, METATOYs의 경우, 시트 소재의 경우, 두 경우 모두 부정 굴절과 같은 매우 특이한 광학적 특성을 가질 수 있다.null

메타물질과의 차이

논쟁의 여지없이 메타물질의 가장 놀라운 특성들 중 일부는 근본적으로 파동 광학적이어서 METATOYs에서 재현되지 않는다.여기에는 원칙적으로 완벽한 렌즈("슈퍼렌즈")와 확대("하이퍼렌즈")^[14][15]로 이어질 수 있는 반사파의 증폭, 위상속도의 역전, 도플러 시프트의 역전 등이 포함된다.null

그러나 광선장에 대한 파장 광학 제약에 얽매이지 않기 때문에 메타물질로 METATOY를 효과적으로 구축하지 않는 한 METATOY는 메타물질로 인해 가능하지 않은 광선방향 변경을 수행할 수 있다고 주장할^{[by whom?]} 수 있다.null

참고 항목

• 프레스넬 렌즈
• 구역판

참조

외부 링크

• METATOYs에 관한 교훈적 기사