(Phys.org)—I ricercatori hanno progettato una lente ottica che mostra due proprietà che finora non sono state dimostrate insieme:l'autofocus e un effetto ottico chiamato effetto Talbot che crea schemi di luce ripetuti. I ricercatori hanno dimostrato che la combinazione di queste due proprietà può essere utilizzata per trasferire un segnale digitale codificato senza perdita di informazioni, che ha potenziali applicazioni per realizzare sistemi di comunicazione ottica ad alta efficienza.

Gli scienziati, Xiangyang Wang e Hui Liu all'Università di Nanchino, Huanyang Chen all'Università di Xiamen, insieme ai loro coautori, hanno pubblicato un articolo sul nuovo obiettivo, chiamato "lente conforme, "in un recente numero di Lettere di revisione fisica .

Questo tipo di lente conforme, noto anche come lente mikaeliana, nata dal campo dell'ottica di trasformazione, che si basa sull'idea che le lenti possono dirigere la luce in analogia con il modo in cui la geometria curva dello spaziotempo piega la luce nella relatività generale.

L'obiettivo principale dello studio è stato quello di progettare una lente conforme che funzioni contemporaneamente in due diversi regimi:il regime dell'ottica della geometria, in cui la luce è trattata come una particella, e il regime dell'ottica d'onda, che spiega anche le proprietà ondulatorie della luce.

Lavorare in entrambi i regimi è impegnativo perché i due regimi hanno due requisiti apparentemente opposti per la dimensione delle lunghezze d'onda di lavoro. Da una parte, le lunghezze d'onda di lavoro devono essere molto più piccole delle dimensioni dell'obiettivo, ma allo stesso tempo devono essere più grandi delle unità di base che compongono l'obiettivo.

Per affrontare questa sfida, i ricercatori hanno iniziato con un obiettivo fish-eye di Maxwell, che risale al 1850, come base per la lente conforme. Hanno spiegato che cercare di realizzare un obiettivo con le proprietà desiderate utilizzando l'ottica di trasformazione convenzionale è molto impegnativo, in parte a causa delle sue esigenze su un mezzo tridimensionale. D'altra parte, l'ottica di trasformazione conforme richiede un mezzo bidimensionale, che facilita i requisiti di fabbricazione.

"Sebbene l'ottica di trasformazione possa essere utilizzata per progettare molti nuovi dispositivi ottici, di solito è molto difficile da usare in sistemi pratici, soprattutto nel regime visibile, "Liu ha detto Phys.org . "Nel nostro lavoro, abbiamo stabilito una piattaforma sperimentale fattibile per ottenere dispositivi ottici di trasformazione della conformazione."

Dopo aver costruito la lente conforme, i ricercatori hanno dimostrato che l'obiettivo mostra sia autofocus, che è una proprietà dell'ottica geometrica, e l'effetto Talbot, che è una proprietà dell'ottica ondulatoria. In questo modo, il dispositivo collega i due regni distinti dell'ottica geometrica e dell'ottica ondulatoria.

La cosa più interessante per le potenziali applicazioni è che l'effetto Talbot conforme mostrato qui è molto diverso dall'effetto Talbot ordinario in altri media a causa della proprietà aggiuntiva di autofocalizzazione. Una delle maggiori differenze è che, a differenza del normale effetto Talbot che sperimenta la diffrazione dei bordi, l'effetto Talbot conforme non lo fa.

A causa della sua mancanza di diffrazione, l'effetto Talbot conforme può essere utilizzato per trasferire modelli ottici codificati su lunghe distanze con una distorsione molto piccola. I ricercatori si aspettano che questa capacità possa portare a un metodo altamente efficiente per trasferire le informazioni digitali nei futuri sistemi di comunicazione ottica ad alta velocità senza perdita di informazioni.

"Possiamo inviare un flusso di cifre ottiche '0' e '1' tramite comunicazione parallela, che è molto più veloce della comunicazione seriale utilizzata nelle normali guide d'onda ottiche o fibre ottiche, " Liu ha detto. "L'effetto Talbot conforme può aiutare a ridurre gli errori di trasmissione a causa delle sue proprietà non diffrattive e della buona messa a fuoco automatica dei modelli di campo".

Nel futuro, i ricercatori hanno in programma di esplorare varie potenziali applicazioni dell'ottica di trasformazione conforme, come la progettazione di nuovi chip fotonici integrati in grado di trasportare ed elaborare informazioni in circuiti micro-ottici. Questi "chip fotonici conformi" potrebbero un giorno essere utilizzati nei futuri computer quantistici.

"Speriamo che l'ottica di trasformazione conforme possa essere utilizzata in simulatori quantistici e computer quantistici in futuro, " Ha detto Chen. "Abbiamo anche in programma di imitare gli effetti quantistici nello spazio curvo della relatività generale utilizzando l'ottica di trasformazione conforme, come l'orizzonte di un buco nero e la radiazione di Hawking".

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