Nyt spejl reflekterer lys anderledes end konventionelle spejle

(Phys.org) – Forskere har designet en ny type spejl, der reflekterer lys på en helt anden måde, end konventionelle spejle gør. Det nye spejl, kaldet et chiralt meta-spejl, har potentielle applikationer til informationsbehandling med lys, næste generations 3D-film, og andre teknologier, der manipulerer lys på nye måder.

Forskerne, ledet af Wenshan Cai ved Georgia Institute of Technology, har udgivet et papir om det chirale meta-spejl i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

Det nye spejls utraditionelle reflekterende egenskaber skyldes den måde, hvorpå spejlet reagerer på lys, der er cirkulært polariseret. Lysbølger er sammensat af elektriske og magnetiske felter, og når det elektriske felt bevæger sig lidt bag magnetfeltet eller omvendt, lysbølgen bevæger sig langs en spiralformet vej gennem tiden, og dette kaldes cirkulært polariseret lys. Det meste af lyset omkring os, såsom lys fra solen og pærer, er upolariseret, men kan blive polariseret ved at passere gennem et polarisationsfilter.

En cirkulært polariseret lysbølge kan bevæge sig enten med uret (højre) eller mod uret (venstre) som er bestemt af en iboende fysisk egenskab ved lys kaldet spin vinkelmomentet og, følgelig, kaldes lysets spintilstand. Den største forskel mellem det nye spejl og konventionelle spejle er, hvordan hver reagerer på spin-tilstande af cirkulært polariseret lys.

Når en cirkulært polariseret lysstråle når et konventionelt spejl, spejlet vender strålens spin -tilstand, så lyset det reflekterer ud igen har det modsatte spin som lyset der kommer ind. Til mange applikationer, denne ejendom udgør ingen problemer, og faktisk er spejle en af ​​de vigtigste komponenter i mange optiske enheder. Imidlertid, til visse nye applikationer såsom fotonisk informationsbehandling, hvor lysets spin-tilstande bærer data, det er vigtigt at opretholde og kontrollere spin-tilstandene, når de reflekteres af spejle.

Det nye chirale meta-spejl gør næsten det modsatte af et konventionelt spejl med hensyn til spintilstande. I stedet for at afspejle den modsatte spin -tilstand, det afspejler den samme spin-tilstand af en indfaldende cirkulært polariseret stråle, men kun for én spin-tilstand. Når en stråle med den modsatte centrifugeringstilstand ankommer til spejlet, spejlet absorberer fuldstændigt det lys. Så det endelige resultat er, at spejlet kun reflekterer lys med en centrifugeringstilstand - enten venstre eller højre cirkulært polariserede stråler, men ikke begge dele.

"Vi tilbyder muligheden for at bevare spin-tilstande af en optisk bølge efter refleksion fra et chiralt meta-spejl, " fortalte Cai Phys.org . "I skarp kontrast til en almindelig reflekterende overflade, det chirale meta-spejl fungerer ved at absorbere en spin-tilstand, mens den tillader den anden at blive reflekteret tilbage med samme spin-tilstand som den indfaldende bølge."

Mens de fleste konventionelle spejle er lavet af almindelige metaller, såsom en tynd sølvfilm dækket af et tykkere stykke glas, intet kendt naturmateriale har den chiroptiske egenskab, som det nye spejl udviser. Af denne grund, forskerne fremstillede det nye spejl af et kunstigt materiale - et metamateriale med en nanoskala geometri designet specielt til at vise denne ejendom. Metaspejlet består af en tynd film perforeret af en række asymmetriske huller, og denne asymmetri bidrager til det utraditionelle kiropiske svar.

"Metamaterialer, som tilbyder lysmanipulation på nanoskalaen, kan opnå polarisationsændring i udbredelseslængder på blot et par hundrede nanometer, " sagde Cai.

Forskerne bemærker, at det chirale meta-spejl er relativt nemt at fremstille, og de forventer, at det vil have applikationer inden for optisk datatransmission og andre teknologier, som de planlægger at undersøge nærmere i fremtiden.

"Nogle af de mest almindelige måder at sende data på via optiske midler er ved tidsdeling eller bølgelængdemultipleksing, "Sagde Cai." Dog, efterhånden som efterspørgslen efter stigende databåndbredder vokser, en højere grad af multiplexering er nødvendig. Med hensyn til optisk kommunikation, polariseringskontrol åbner et andet paradigme for multipleksing og datahåndtering. Vores metaspejls evne til at bevare en hændelig spin-tilstand vil hjælpe med udviklingen af ​​disse polarisationsfølsomme systemer.

"Chirale meta-spejle kan også bruges til applikationer inden for kirotisk sansning, chiral signalanalyse, og kan endda spille en rolle i den næste generation af 3D-film. De fleste 3D-film er afhængige af venstre og højre hånd af det cirkulært polariserede lys, der passerer gennem de briller, vi bærer i teatrene. Med denne polarisationsforskel ved hånden, chirale meta-spejle kunne endda finde nytte i denne industri."

© 2017 Phys.org