vestnik Журнал "Вестник Сибирского государственного университета геосистем и технологий (СГУГиТ)" 2411-1759 ФГБОУ ВО "Сибирский государственный университет геосистем и технологий (СГУГиТ)" RU https://vestnik.sgugit.ru 10.33764/2411-1759-2029-2-149-168 Оптико-электронные приборы и комплексы Оптика мезоразмерных диэлектрических частиц. Обзор. Часть 2. Электромагнитный диапазон. Акустика И. В. Минин Минин И. В. О. В. Минин Минин О. В. Сибирский государственный университет геосистем и технологий, г. Новосибирск, Российская Федерация 2024 29 2 149 168 © И. В. Минин, О. В. Минин, 2024 2024 И. В. Минин, О. В. Минин Эта статья дотупна по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная. В статье приведен обзор нового научного направления, посвященного оптике диэлектрических мезоразмерных частиц для оптического, сверхвысокочастотного диапазонов и акустики. Материалы с относительно небольшими показателями преломления (n < 2), такие как стекло, кварц, полимеры, некоторые виды керамики и т. д., являются основными материалами для большинства оптических компонентов (линз, оптических волокон и т. д.). В этом обзоре мы представляем некоторые явления и возможные области применения, возникающие в результате от взаимодействия света с частицами с показателем преломления менее 2. Мы также обсудим некоторые другие геометрии частиц (сфероидальные, кубические и т. д.) и различные конфигурации частиц (изолированные или взаимодействующие), проведем обзор возможных применений таких материалов в связи с улучшением поля зрения наноскопией с высоким разрешением. Рассмотрены основные области применения таких частиц, включая применение новых фокусирующих устройств – диэлектрических и звукопроводящих частиц, формирующих «фотонные струи» и «фотонные крючки». Рассмотрен эффект суперрезонанса и формирование сильных магнитных полей в диэлектрических частицах. диэлектрическая мезоразмерная частица «фотонная струя» «фотонный крючок» теория Ми дифракция интерференция пространственное разрешение лазерное структуирование оптический наноскоп суперрезонанс мезоразмерная диэлектрическая антенна акустическая струя акустический крюк мезоразмерная кубоидная dielectric mesoscale particle "photon jet" "photon hook" Mi theory diffraction interference spatial resolution laser structuring optical nanoscope superresonance mesoscale dielectric antenna acoustic jet acoustic hook mesoscale cuboid 1. Zhao L., Ong C. K. Direct observation of photonic jets and corresponding backscattering enhancement at microwave frequencies // Journal of Applied Physics. – 2009. – Vol. 105. 2. Heifetz A., Huang K., Sahakian A. V., Li X., Taflove A., Backman V. Experimental confirmation of backscattering enhancement induced by a photonic jet // Applied Physics Letters. – 2006. – Vol. 89. – P. 221118. 3. Kong S. C., Sahakian A. V., Heifetz A., Taflove A., Backman V. Robust detection of deeply subwavelength pits in simulated optical data-storage disks using photonic jets // Applied Physics Letters. – 2008. – Vol. 92. – P. 200863. – DOI 10.1063/1.2936993. 4. Минин И. В, Минин О. В. Детекторы миллиметрового и терагерцового излучения // Вестник СГУГИТ. – 2021. – Т. 26, № 4. – С. 160–175. 5. Pacheco-Peña V., Beruete M., Minin I. V. et al. Terajets produced by dielectric cuboids // Applied Physics Letters. – 2014. – Vol. 105 (8). – P. 084102. 6. Pacheco-Peña V, Beruete M, Minin I V, et al. Multifrequency focusing and wide angular scanning of terajets // Optics Letters. – 2015. – Vol. 40 (2). – P. 245–248. 7. Pham H. H. N., Hisatake S., Minin O. V. et al. Asymmetric phase anomaly of terajet generated from dielectric cube under oblique illumination // Applied Physics Letters. – 2017. – Vol. 110 (20). – P. 201105. 8. Minin I. V., Minin O. V., Pacheco-Peña V. et al. All-dielectric periodic terajet waveguide using an array of coupled cuboids // Applied Physics Letters. – 2015. – Vol. 106 (25). – P. 254102. 9. Минин И. В., Минин О. В. Квазиоптика: современные тенденции развития. – Новосибирск : СГУГиТ, 2015. – 163 с. 10. Минин И. В., Минин О. В., Карпик А. П. Фотонные наноструи, тераструи и акустоструи в науке и технике. – Новосибирск : СГУГиТ, 2015. – 170 с. 11. Минин И. В., Минин О. В. Фотонные струи в науке и технике // Вестник СГУГиТ. – 2017. – Т. 22, № 2. – С. 212–234. 12. Minin I. V., Minin O. V. Diffractive optics and nanophotonics: Resolution below the diffraction limit [Electronic resource]. – Springer, 2016. – Mode of access: http://www.springer.com/us/book/9783319242514#aboutBook. 13. Pacheco-Peña V., Beruete M., Minin I. V., Minin O. V. Multifrequency focusing and wide angular scanning of terajets // Optics Letters. – 2015. – Vol. 40, Iss. 2. 14. Minin I. V., Minin O. V., Pacheco-Peña V., Beruete M. Localized photonic jets from flat, three-dimensional dielectric cuboids in the reflection mode // Optics Letters. – 2015. – Vol. 40, No. 10. – P. 2329–2332. 15. Yue L., Yan B., Monks J., Wang Z., Tung N. T., Lam V. D., Minin O. V., Minin I. V. A millimetrewave cuboid solid immersion lens with intensity-enhanced amplitude mask apodization // Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. – 2018. – Vol. 39, Iss. 6. – P. 546–552. 16. Qu Q., Liu H., Zhu D., Yang M., Cui B., Feng Sh., Yang Yu. Terajet effect of dielectric sphere and THz imaging // Proceedings Infrared, Millimeter-Wave, and Terahertz Technologies V. – 2018.– Vol. 10826. – P.1082606. – DOI 10.1117/12.2500909. 17. Zh. Yang, Qingshan Qu, Menghan Yang, Bin Cui, Zhenwei Zhang, Yuping Yang. Propagation characteristics of high-throughput terajet beam and its super Resolution THz imaging // 44th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMWTHz). – 2019. – P. 19080016. – DOI 10.1109/IRMMW-THz.2019.8874459. 18. Calvo-Gallego J., Delgado-Notario J. A., Minin O. V., El Haj A., Ferrando-Bataller M., Fobelets K., Velázquez-Pérez J. E., Minin I. V., Meziani Y. M. Resolution Enhancement of Terahertz Imaging Systems Below the Diffraction Limit by Using the Terajet Effect // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. – 2022. 19. Samura Y., Horio K., Antipov V., Shipilov S., Eremeev A., Minin O. V., Minin I. V., Hisatake Sh. Characterization of Mesoscopic Dielectric Cuboid Antenna at Millimeter-wave Band // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. – DOI 10.1109/LAWP.2019.2930820. 20. Minin I. V., Minin O. V., Sanchez J. S., Delgado-Notario J. A., Diez Fernandez E., CalvoGallego J., Ferrando-Bataller M., Velazquez-Pierez J. E., Meziani Y. M. Responsivity enhancement of a Strained Silicon Field Effect Transistor detector at 0.3 THz using the terajet effect // Optics Letters. – 2021. – Vol. 46 (13). – P. 3061–3064. 21. Minin I. V., Minin O. V., Delgado-Notario J. A., Calvo-Gallego J., Vel azquez-Perez J. E., ́ Ferrando-Bataller M., Meziani Y. M. Improvement of a terahertz detector performance using the terajet effect in a mesoscale dielectric cube: proof of concept // Physica Status Solidi (RRL) – Rapid Research Letters. – 2020. 22. Hai Huy Nguyen Pham, Shintaro Hisatake, Minin I. V., Minin O. V., Tadao Nagatsuma. Three-dimensional direct observation of Gouy phase shift in a terajet produced by a dielectric cuboid // Applied Physics Letters. – 2016. – Vol. 108. – P. 191102. – DOI 10.1063/1.4949014. 23. Minin I. V., Minin O. V., Katyba G. M., Chernomyrdin N. V., Kurlov V. N., Zaytsev K. I., Yue L., Wang Z., Christodoulides D. N. Experimental observation of a photonic hook // APL. – 2019. – Vol. 114 (3). – P. 031105. 24. Krupenkin Т., Yang S., Mach P. Tunable liquid microlens // Applied Physics Letters. – 2003. – Vol. 82 (3). – P. 316–318. 25. Hassan A. M., El-Shenawee M., Review of Electromagnetic Techniques for Breast Cancer Detection // IEEE Reviews in Biomedical Engineering. – 2011. – Vol. 4. – P. 103–118. – DOI 10.1109/RBME.2011.2169780. 26. Joisel, A., Mallorqui, J. J., Broquetas, A., Geffrin, J., Joachimowicz, N., VallꞏLlossera, M., Vall-llossera, M., Jofre, L., Bolomey, J. Microwave imaging techniques for biomedical applications // Proceedings of the 16th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, IMTC1999. – Venecia: Vincenzo Piuri and Mario Savino, 1999. – P. 1591–1596. – DOI 10.1109/IMTC. 1999.776093. 27. Минин И. В., Минин О. В., Yue L. Электромагнитные свойства пирамид с позиций фотоники // Изв. вузов. Физика. – 2019. – Т. 62, № 10 (742). – С. 12–18. 28. Calvo-Gallego J., Delgado-Notario J. A., Minin O. V., El Hadj A., Ferrando-Bataller M., Fobelets K., Velázquez-Pérez J. E., Minin I. V., Meziani Y. M. Enhancing resolution of terahertz imaging systems below the diffraction limit // Optics & Laser Technology. – 2023. – Vol. 164. – P. 109540. – DOI 10.1016/j.optlastec.2023.109540. 29. Calvo-Gallego J., Delgado-Notario J. A., Minin O. V., El Hadj A., Ferrando-Bataller M., Fobelets K., Velázquez-Pérez J. E., Minin I. V., Meziani Y. M. Resolution Enhancement of Terahertz Imaging Systems Below the Diffraction Limit by Using the Terajet Effect // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. – 2022. 30. Минин О. В., Минин И. В. Терагерцовый микроскоп с наклонным субволновым освещением: принцип построения // Квантовая электроника. – 2022. – Т. 52 (1). – С. 13–16. 31. Минин И. В., Минин О. В. Фотоника изолированных диэлектрических частиц произвольной трехмерной формы – ново0е направление оптических информационных технологий // Вестник НГУ. Сер. Информационные технологии. – 2014. – Т. 12, вып. 4. – С. 59–70. 32. Minin I. V., Minin O. V., Geintz Y. E. Localized EM and photonic jets from non-spherical and non-symmetrical dielectric mesoscale objects: brief review // Annalen der Physik (AdP). – 2015. – Vol. 527 (7-8). – P. 491. 33. Liu C-Y., Minin O. V., Minin I. V. First experimental observation of array of photonic jets from saw-tooth phase diffraction grating // Europhysics Letters. – 2018. – Vol. 123. – P. 5403. – DOI 10.1209/0295-5075/123/54003. 34. Yue L., Yan B., Monks J. N., Dhama R., Wang Z., Minin O. V., Minin I. V. IntensityEnhanced Apodization Effect on an Axially Illuminated Circular-Column Particle-Lens // Annalen der Physik. – 2017. – Vol. 530 (2). – DOI 10.1002/andp.201700384. 35. Minin I. V., Minin O. V. Brief Review of Acoustical (Sonic) Artificial Lenses // Proceedings of the 13th International Scientific Technical Conference «On actual problems of electronic instrument Engineering (APEIE)»–39281 (Novosibirsk, October 3-6, 2016). – Novosibirsk, 2016. Vol. 1. – P. 136–137. – DOI 10.1109/APEIE.2016.7802234. 36. Minin I. V., Minin O. V. Acoustojet: acoustic analogue of photonic jet phenomenon [Electronic resource]. – Mode of access: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1604/1604.08146.pdf. 37. Minin O. V., Minin I. V. Acoustojet: acoustic analogue of photonic jet phenomenon based on penetrable 3D particle // Optical and Quantum Electronics. – 2017. – Vol. 49 (2). – DOI 10.1007/s11082-017-0893-y. 38. Минин И. В., Минин О. В., Цзюньхуэй Ху. Акустические мезоразмерные и дифракционные линзы. – Новосибирск : СГУГиТ, 2020. – 294 с. 39. Rubio C., Tarrazo-Serrano D., Minin O. V., Uris A., Minin I. V. Acoustical hook: a new subwavelengh self-bending beam // Results in Physics. – 2020. – Vol 16. – P. 102921. 40. Rubio C., Tarrazó-Serrano D., Minin O. V., Uris A., Minin I. V. Sound Focusing of Wavelength Scale Gas-Filled Flat Lens (СO2 concentration) // Europhysics letters. – 2018. – Vol. 123 – P. 64002. 41. Tarrazó-Serrano D., Rubio C., Minin O. V., Uris A., Minin I. V. Ultrasonic focusing with mesoscale polymer cuboid // Ultrasonics. – 2020. – Vol. 106. – P. 106143. 42. Rubio C., Tarrazó-Serrano D., Minin O. V., Uris A., Minin I. V. Enhancement of pupilmasked wavelength-scale gas-filled flat acoustic lens based on anomaly apodization effect // Physics Letters A. – 2019. – Vol. 383. – P. 396–399. 43. Rubio C., Tarrazó-Serrano D., Minin O. V., Uris A., Minin I. V. Wavelength-Scale Gas-Filled Cuboid Acoustic Lens With Diffraction Limited Focusing // Results in Physics. – 2019. – Vol. 12. – P. 1905–1908. 44. Castiñeira-Ibáñez S., Tarrazó-Ibáñez D., Candelas P., Minin O. V., Rubio C., Minin I. V. 3D sound wave focusing by 2D internal periodic structure of 3D external cuboid shape // Results in Physics. – 2019. – Vol. 15. – P. 102582. 45. Lampsijärvi E., Minin I. V., Minin O. V., Mäkinen J., Wikstedt R., Hæggström E., Salmi A. Sclieren Visualization of Anistropic Dual Slanted Plate Mesoscale Lens Action for Ultrasound // 2022 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS) (10-13 October 2022). – Venice, Italy: IEEE. – DOI 10.1109/IUS54386.2022.9957567. 46. Минин И. В., Минин О. В., Джоу С., Баранов П. Дифракционно-ограниченная фокусировка звуковых волн мезоразмерной плоской янус-линзой // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. – 2023. – Т. 117, вып. 10. – С. 727–733. 47. Романов В. П., Ульянов С. В. Анизотропия скорости звука в нематической фазе жидких кристаллов // Акустический журнал. – 1991. – Т. 37, Вып. 2. – С. 386–394. 48. Кашицын А. С. Акустическая и диэлектрическая релаксация в жидких кристаллах // Вестник Нижегородского ун-та им. Н. И. Лобачевского. – 2008. – № 6. – С. 53–58. 49. Pérez-López S., Candelas P., Fuster J. M., Rubio C., Minin O. V., Minin I. V. Liquid–liquid core–shell configurable mesoscale spherical acoustic lens with subwavelength focusing // Applied Physics Express. – 2019. – Vol. 12. – P. 087001. 50. Minin I. V., Tang Q., Bhuyan S., Hu J., Minin O. V. A Method to Improve the Resolution of the Acoustic Microscopy [Electronic resource]. – Mode of access: https://arxiv.org/abs/1712.01638. 51. Pérez-López S., Fuster J. M., Minin I. V., Minin O. V., Candelas P. Tunable subwavelength ultrasound focusing in mesoscale spherical lenses using liquid mixtures // Scientific Reports. – (2019). – Vol. 9. – P. 13363. 52. Minin I., Minin O. Mesoscale Acoustical Cylindrical Superlens // MATEC Web of Conferences. – 2018. – Vol. 155. – P. 01029. – DOI 10.1051/matecconf/201815501029. 53. Liang B., Yuan B., Cheng J.-Ch. Acoustic Diode: Rectification of Acoustic Energy Flux in One-Dimensional Systems // Physical Review Letters – 2009. – Vol. 103. – P. 104301. – DOI 10.1103/PhysRevLett.103.104301. 54. Liang B., Guo X. S., Tu1 J., Zhang D., Cheng J. C. An acoustic rectifier // Nature Materials. – 2010. – Vol 9. – P. 989–992. – DOI 10.1038/nmat2881.