(Phys.org)—Onderzoekers hebben een nieuw type spiegel ontworpen die licht op een heel andere manier reflecteert dan conventionele spiegels. De nieuwe spiegel, een chirale meta-spiegel genoemd, heeft potentiële toepassingen voor informatieverwerking met licht, 3D-films van de volgende generatie, en andere technologieën die licht op nieuwe manieren manipuleren.

De onderzoekers, geleid door Wenshan Cai aan het Georgia Institute of Technology, hebben een artikel gepubliceerd over de chirale metaspiegel in een recent nummer van Nano-letters .

De onconventionele reflecterende eigenschappen van de nieuwe spiegel komen voort uit de manier waarop de spiegel reageert op licht dat circulair gepolariseerd is. Lichtgolven zijn samengesteld uit elektrische en magnetische velden, en wanneer het elektrische veld iets achter het magnetische veld beweegt of omgekeerd, de lichtgolf beweegt langs een spiraalvormig pad door de tijd, en dit wordt circulair gepolariseerd licht genoemd. Het meeste licht om ons heen, zoals licht van de zon en gloeilampen, is ongepolariseerd maar kan gepolariseerd worden door door een polarisatiefilter te gaan.

Een circulair gepolariseerde lichtgolf kan met de klok mee (rechts) of tegen de klok in (links) reizen, die wordt bepaald door een intrinsieke fysieke eigenschap van licht, het draaiimpulsmomentum genoemd en, bijgevolg, wordt de spintoestand van licht genoemd. Het belangrijkste verschil tussen de nieuwe spiegel en conventionele spiegels is hoe elk reageert op de spintoestanden van circulair gepolariseerd licht.

Wanneer een circulair gepolariseerde lichtstraal een conventionele spiegel bereikt, de spiegel keert de spin-toestand van de straal om, zodat het licht dat het terugkaatst, de tegenovergestelde spin heeft als het licht dat binnenkomt. Voor veel toepassingen, deze woning levert geen problemen op, en in feite zijn spiegels een van de belangrijkste componenten van veel optische apparaten. Echter, voor bepaalde nieuwe toepassingen zoals fotonische informatieverwerking waarbij de spintoestanden van licht gegevens dragen, het is belangrijk om de spintoestanden te handhaven en te beheersen wanneer ze worden weerkaatst door spiegels.

De nieuwe chirale metaspiegel doet bijna het tegenovergestelde van een conventionele spiegel met betrekking tot spintoestanden. In plaats van de tegenovergestelde spintoestand te weerspiegelen, het weerspiegelt dezelfde spintoestand van een invallende circulair gepolariseerde bundel, maar alleen voor één spinstatus. Wanneer een bundel met de tegenovergestelde spintoestand bij de spiegel aankomt, de spiegel absorbeert dat licht volledig. Dus het uiteindelijke resultaat is dat de spiegel alleen licht reflecteert met één spintoestand - links of rechts circulair gepolariseerde bundels, maar niet allebei.

"We bieden de mogelijkheid om spintoestanden van een optische golf te behouden bij reflectie van een chirale metaspiegel, " vertelde Cai Phys.org . "In scherp contrast met een normaal reflecterend oppervlak, de chirale meta-spiegel werkt door één spintoestand te absorberen, terwijl de andere kan worden teruggekaatst met dezelfde spintoestand als die van de invallende golf."

Terwijl de meeste conventionele spiegels zijn gemaakt van gewone metalen, zoals een dunne zilverfilm bedekt met een dikker stuk glas, geen enkel bekend natuurlijk materiaal heeft de chiroptische eigenschap van de nieuwe spiegel. Om deze reden, de onderzoekers vervaardigden de nieuwe spiegel van een kunstmatig materiaal - een metamateriaal met een geometrie op nanoschaal die speciaal is ontworpen om deze eigenschap te vertonen. De meta-spiegel bestaat uit een dunne film geperforeerd door een reeks asymmetrische gaten, en deze asymmetrie draagt ​​bij aan de onconventionele chiroptische respons.

"Metamaterialen, die lichtmanipulatie op nanoschaal bieden, kan polarisatieverandering in voortplantingslengten van slechts een paar honderd nanometer bereiken, ' zei Cai.

De onderzoekers merken op dat de chirale meta-spiegel relatief eenvoudig te fabriceren is, en ze verwachten dat het toepassingen zal hebben in optische gegevensoverdracht en andere technologieën die ze in de toekomst verder willen onderzoeken.

"Enkele van de meest gebruikelijke manieren om gegevens via optische middelen te verzenden, is door tijddeling of golflengtemultiplexing, zei Cai. naarmate de vraag naar toenemende databandbreedtes groeit, een hogere mate van multiplexing nodig is. Op het gebied van optische communicatie, polarisatiecontrole opent een ander paradigma voor multiplexen en gegevensverwerking. Het vermogen van onze metaspiegel om een ​​invallende spintoestand te behouden, zal helpen bij de ontwikkeling van deze polarisatiegevoelige systemen.

"Chirale metaspiegels kunnen ook worden gebruikt voor toepassingen in chiroptische waarneming, chirale signaalanalyse, en kan zelfs een rol spelen in de volgende generatie 3D-films. De meeste 3D-films vertrouwen op de links- en rechtshandigheid van het circulair gepolariseerde licht dat door de bril gaat die we in de theaters dragen. Met dit polarisatieonderscheid voor de hand, chirale metaspiegels zouden zelfs bruikbaar kunnen zijn in deze industrie."

© 2017 Fys.org