I ricercatori della Brown University hanno sviluppato un nuovo metodo per manipolare la polarizzazione della luce a frequenze terahertz.

La tecnica utilizza pile di piastre metalliche accuratamente distanziate per creare un divisore di fascio polarizzante, un dispositivo che divide un raggio di luce dai suoi diversi stati di polarizzazione, inviando luce polarizzata verticalmente in una direzione e luce polarizzata orizzontalmente in un'altra. Un tale beamsplitter potrebbe essere utile in un'ampia varietà di sistemi che fanno uso di radiazioni terahertz, dai sistemi di imaging alle future reti di comunicazione.

Nel mondo dell'immagine, la capacità di erogare e rilevare radiazioni a diverse polarizzazioni potrebbe essere utile nella microscopia terahertz e nella caratterizzazione dei materiali. Nelle comunicazioni, i fasci polarizzati possono consentire l'invio di più flussi di dati sullo stesso supporto senza interferenze.

"Questa idea di pila di piastre presenta vantaggi rispetto ai metodi tradizionali di manipolazione della polarizzazione nella regione dei terahertz, " ha detto Dan Mittleman, un professore alla Brown's School of Engineering e autore senior di un documento di ricerca che descrive il lavoro sulla rivista Rapporti scientifici . "È più economico e fisicamente più robusto di altri metodi, ed è più versatile in ciò che ci permette di fare".

Rajind Mendis, un professore assistente di ricerca alla Brown, ha condotto il lavoro insieme a Mittleman, Wei Zhang e Masaya Nagai, studente laureato Brown, professore associato presso l'Università di Osaka in Giappone.

La gamma terahertz è la fascia dello spettro elettromagnetico tra microonde e frequenze infrarosse. Uso di onde terahertz in applicazioni tecnologiche come spettroscopia, rilevamento, l'imaging e le comunicazioni a banda ultralarga sono in crescita, e i ricercatori stanno lavorando per sviluppare i componenti hardware necessari per costruire questi sistemi terahertz avanzati.

La polarizzazione si riferisce all'orientamento dei picchi e delle valli di un'onda elettromagnetica mentre l'onda si propaga. Se un'onda si sta propagando verso di te, i picchi e le valli possono essere orientati verticalmente, orizzontalmente o in qualsiasi punto intermedio.

"La polarizzazione è una delle proprietà chiave di qualsiasi onda elettromagnetica, " Ha detto Mittleman. "Essere in grado di manipolare la polarizzazione - per misurarla o cambiarla - è una delle capacità importanti di cui hai bisogno in qualsiasi sistema elettromagnetico".

Nel regno della luce visibile, Per esempio, la manipolazione della polarizzazione viene utilizzata per creare moderni film in 3D e per realizzare occhiali da sole che riducono l'abbagliamento della luce riflessa. Gli occhiali da sole polarizzanti sono realizzati disponendo i fili di polimero orizzontalmente all'interno delle lenti come le sbarre di una cella di prigione. Quei fili lasciano passare la luce polarizzata verticalmente, mentre blocca la luce polarizzata orizzontalmente, che è lo stato di polarizzazione dominante della luce riflessa da superfici lucide come automobili e acqua.

I metodi esistenti di manipolazione della polarizzazione nella gamma dei terahertz sono molto simili alla tecnica utilizzata negli occhiali da sole polarizzanti, sebbene ridimensionato alle lunghezze d'onda molto più lunghe della luce terahertz rispetto alla luce visibile. I filtri polarizzatori per terahertz sono generalmente una serie di fili metallici di pochi micron di diametro e distanziati di diversi micron l'uno dall'altro.

La nuova tecnica sviluppata dal team Brown e Osaka sostituisce i fili con una pila di piastre d'acciaio ravvicinate. Ogni coppia di piastre forma la cosiddetta guida d'onda a piastre parallele. Quando la luce terahertz viene proiettata sulla pila con un angolo di 45 gradi, divide il raggio eccitando due modalità di guida d'onda. Un raggio di luce polarizzata verticalmente passa dritto attraverso il dispositivo, mentre un altro raggio di luce polarizzata orizzontalmente viene riflesso con un angolo di 90 gradi dall'asse del raggio originale.

La tecnica presenta una serie di vantaggi rispetto ai tradizionali filtri a filo, dicono i ricercatori. L'architettura stack-of-plates, che è conosciuto come un "dielettrico artificiale, " è facile da fare, e i materiali sono economici. Le piastre sono anche molto meno fragili dei fili.

"Il concetto di dielettrico artificiale rende inoltre il dispositivo più versatile, " ha detto Mendis. "Il dispositivo può essere facilmente sintonizzato per l'uso a diverse frequenze terahertz semplicemente modificando le dimensioni dei distanziatori che separano le piastre o modificando l'angolo di illuminazione".

Un altro vantaggio è che con l'aggiunta di una seconda struttura dielettrica artificiale simile, i ricercatori sono stati in grado di costruire un dispositivo chiamato isolatore. Gli isolatori vengono utilizzati su laser ad alta potenza per impedire che la luce venga riflessa in un emettitore laser, che potrebbe destabilizzarlo o addirittura danneggiarlo. Un isolatore terahertz potrebbe essere un componente importante per i futuri dispositivi terahertz ad alta potenza.

Il team di Brown e Osaka è in procinto di brevettare i nuovi dispositivi dielettrici artificiali, ei ricercatori sperano che questi dispositivi consentiranno lo sviluppo di nuovi sistemi terahertz con capacità di gran lunga migliori.

"In qualsiasi cosa tu voglia fare con un sistema ottico, è utile essere in grado di manipolare la polarizzazione, " Mittleman ha detto. "Questo è un semplice, efficiente, modo efficace e versatile per farlo."