La polarización, la dirección en que vibra la luz, es invisible para el ojo humano. Sin embargo, gran parte de nuestro mundo óptico depende del control y la manipulación de esta calidad de luz oculta.
Los materiales que pueden manipular la polarización de la luz, conocidos como materiales birrefringentes, se utilizan en todo, desde despertadores digitales hasta diagnósticos médicos, comunicaciones y astronomía.
Así como la polarización de la luz puede vibrar a lo largo de una línea recta o una elipse, los materiales también pueden ser lineal o elípticamente birrefringentes. Hoy en día, la mayoría de los materiales birrefringentes son intrínsecamente lineales, lo que significa que solo pueden manipular la polarización de la luz de manera limitada. Si ustedpara lograr una manipulación de polarización amplia, debe apilar varios materiales birrefringentes uno encima del otro, lo que hace que estos dispositivos sean voluminosos e ineficientes.
Ahora, los investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard han diseñado una meta-superficie que se puede sintonizar continuamente de birrefringencia lineal a elíptica, abriendo todo el espacio de control de polarización con un solo dispositivo.operar tantos materiales birrefringentes en paralelo, lo que permite una manipulación de polarización más compacta, que podría tener aplicaciones de gran alcance en imágenes de polarización, óptica cuántica y otras áreas.
La investigación se publica en Avances científicos
"Es un nuevo tipo de material birrefringente", dijo Zhujun Shi, un ex estudiante graduado de SEAS y primer autor del artículo. "Podemos adaptar el comportamiento de polarización amplia de un material más allá de lo que existe naturalmente, que tiene unmuchos beneficios prácticos. Lo que solía requerir tres componentes birrefringentes convencionales separados ahora solo requiere uno ".
"La capacidad de manipular una propiedad fundamental de la luz como la polarización de formas completamente nuevas con un dispositivo compacto y multifuncional tendrá importantes aplicaciones para la óptica cuántica y las comunicaciones ópticas", dijo Federico Capasso, profesor de física aplicada de Robert L. Wallacey Vinton Hayes Senior Research Fellow en Ingeniería Eléctrica en SEAS y autor principal del artículo.
Las metasuperficies son conjuntos de nanopilares separados a menos de una longitud de onda que pueden realizar una variedad de tareas, incluida la manipulación de la fase, amplitud y polarización de la luz. En el pasado, Capasso y su equipo han diseñado estas superficies altamente ordenadas desde cero, utilizando formas geométricas simples con solo unos pocos parámetros de diseño.
Sin embargo, en esta investigación, el equipo recurrió a un nuevo tipo de técnica de diseño conocida como optimización topológica.
"La optimización topológica es un enfoque inverso", dijo Shi. "Empiezas con lo que quieres que haga la meta-superficie y luego permites que el algoritmo explore el enorme espacio de parámetros para desarrollar un patrón que pueda cumplir mejor esa función".
El resultado fue sorprendente. En lugar de pilares rectangulares cuidadosamente ordenados parados como soldados de juguete, esta metasuperficie se compone de semicírculos anidados que recuerdan caras sonrientes torcidas, más como algo que dibujaría un niño pequeño que una computadora.
Pero estas formas extrañas han abierto un mundo completamente nuevo de birrefringencia. No solo pueden lograr amplias manipulaciones de polarización como transformar la polarización lineal en cualquier polarización elíptica deseada, sino que la polarización también se puede ajustar cambiando el ángulo de la luz entrante.
"Nuestro enfoque tiene una amplia gama de aplicaciones potenciales en la industria y la investigación científica, incluida la corrección de la aberración de polarización en sistemas ópticos avanzados", dijo Capasso.
Esta investigación fue realizada por Alexander Y. Zhu, Zhaoyi Li, Yao-Wei Huang, Wei Ting Chen y Cheng-Wei Qiu de la Universidad Nacional de Singapur. Fue apoyada en parte por la Oficina de Ciencia de la Fuerza AéreaInvestigación bajo el número de premio FA9550-19-1-0135.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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