Мета-поверхность отражает свет только в одном направлении

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.

Оптический мета-материал

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. опубликовано econet.ru по материалам phys.org.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet