Мета-поверхность отражает свет только в одном направлении

Источник «ECONET» / фото - «econet.ua» 21.12.2019 16:18

Распространение света обычно является взаимным, то есть траектория движения света в одном направлении идентична траектории движения света в противоположном направлении. Нарушение взаимности может заставить свет распространяться только в одном направлении.

Оптические компоненты, которые поддерживают такой однонаправленный поток света, например изоляторы и циркуляторы, являются необходимыми строительными блоками во многих современных лазерных и коммуникационных системах. В настоящее время они почти исключительно основаны на магнитооптическом эффекте, что делает устройства громоздкими и трудными для интеграции. Поэтому безмагнитный путь для достижения без взаимного распространения света во многих оптических приложениях пользуется большим спросом.

Недавно ученые разработали новый тип оптической метаповерхности, которая на отраженный свет накладывает фазовую модуляцию как в пространстве, так и во времени, что приводит к различным путям распространения прямого и обратного света. Впервые невзаимное распространение света в свободном пространстве было экспериментально реализовано на оптических частотах с ультратонким компонентом.

«Это первая оптическая мета-поверхность с управляемыми сверхбыстрыми изменяющимися во времени свойствами, способная нарушать взаимную оптическую взаимность без громоздкого магнита», - сказал Синцзе Ни, доцент кафедры электротехники в Университете штата Пенсильвания им Чарльза Х. Феттера. Результаты были опубликованы в журнале Light: Science and Applications.

Ультратонкая металлическая поверхность состоит из серебряной пластины с обратным отражателем, поддерживающей блочные кремниевые наноантенны с большим нелинейным индексом Керра на длинах волн, близких к инфракрасному, около 860 нм. Гетеродинная интерференция между двумя лазерными линиями, расположенными близко по частоте, использовалась для создания эффективной модуляции показателя преломления бегущей волны на наноантеннах, что привело к сверхбыстрой фазовой модуляции в пространстве и времени с беспрецедентно большой частотой временной модуляции, составляющей около 2,8 ТГц. Этот метод динамической модуляции демонстрирует большую гибкость в настройке частот пространственной и временной модуляции. Абсолютно асимметричные отражения при прямом и обратном распространении света были получены экспериментально с широкой полосой пропускания около 5,77 ТГц в пределах длины субволнового взаимодействия 150 нм.

Свет, отраженный пространственно-временной мета-поверхностью, приобретает сдвиг импульса, вызванный пространственным фазовым градиентом, а также сдвиг частоты, возникающий из-за временной модуляции. Он демонстрирует асимметричные фотонные преобразования между прямым и обратным отражением. Кроме того, используя однонаправленную передачу импульса, обеспечиваемую геометрией мета-поверхности, можно свободно управлять селективными фотонными преобразованиями, создавая нежелательное выходное состояние, лежащее в запрещенной, то есть непроизводительной, области.

Этот подход демонстрирует превосходную гибкость в управлении светом как в импульсном, так и в энергетическом пространстве. Он предоставит новую платформу для изучения интересной физики, возникающей из свойств материала, зависящих от времени, и откроет новую парадигму в разработке масштабируемых, интегрируемых безмагнитных невзаимных устройств.

Новость на сайте «ECONET» / Интересные / 2019-12-21T16:18:00+03:00 / 349

Другие новости / Интересные

Интересные