I ricercatori della Brown University hanno dimostrato per la prima volta un metodo per modificare sostanzialmente la coerenza spaziale della luce.

In un articolo pubblicato sulla rivista Progressi scientifici , i ricercatori dimostrano di poter utilizzare i polaritoni plasmonici di superficie, che propagano onde elettromagnetiche confinate in un'interfaccia metallo-dielettrico, per trasformare la luce da completamente incoerente a quasi completamente coerente e viceversa. La capacità di modulare la coerenza potrebbe essere utile in un'ampia varietà di applicazioni, dalla colorazione strutturale e dalla comunicazione ottica alla modellazione del fascio e all'imaging microscopico.

"C'era stato un lavoro teorico che suggeriva che la modulazione della coerenza fosse possibile, e alcuni risultati sperimentali che mostrano piccole quantità di modulazione, " disse Dongfang Li, un ricercatore post-dottorato presso la Brown's School of Engineering e l'autore principale dello studio. "Ma questa è la prima volta che viene realizzata sperimentalmente una modulazione molto forte della coerenza".

La coerenza riguarda la misura in cui le onde elettromagnetiche che si propagano sono correlate tra loro. laser, Per esempio, emettono una luce altamente coerente, il che significa che le onde sono fortemente correlate. Il sole e le lampadine a incandescenza emettono onde debolmente correlate, che generalmente si dice "incoerente", benché, più precisamente, sono caratterizzati da gradi di coerenza bassi ma misurabili.

"Coerenza, come il colore e la polarizzazione, è una proprietà fondamentale della luce, " disse Domenico Pacifici, professore associato di ingegneria e fisica alla Brown e coautore della ricerca. "Abbiamo filtri in grado di manipolare il colore della luce e abbiamo cose come occhiali da sole polarizzanti che possono manipolare la polarizzazione. L'obiettivo di questo lavoro era trovare un modo per manipolare la coerenza come possiamo fare con queste altre proprietà".

Fare quello, Li e Pacifici hanno preso un classico esperimento utilizzato per misurare la coerenza, La doppia fessura di Young, e lo ha trasformato in un dispositivo in grado di modulare la coerenza della luce controllando e sintonizzando con precisione le interazioni tra luce ed elettroni nei film metallici.

Nel classico esperimento della doppia fenditura, una barriera opaca è posta tra una sorgente luminosa e un rilevatore. La luce passa attraverso due fessure parallele nella barriera per raggiungere il rivelatore dall'altra parte. Se la luce mostrata sulla barriera è coerente, i raggi che emanano dalle fessure interferiranno tra loro, creando uno schema di interferenza sul rilevatore, una serie di bande luminose e scure chiamate frange di interferenza. La misura in cui la luce è coerente può essere misurata dall'intensità delle bande. Se la luce è incoerente, non saranno visibili bande.

"Poiché ciò avviene normalmente, l'esperimento della doppia fenditura misura semplicemente la coerenza della luce invece di cambiarla, " disse Pacifici. "Ma introducendo polaritoni plasmonici di superficie, Le doppie fenditure di Young diventano uno strumento non solo di misurazione ma anche di modulazione".

Fare quello, i ricercatori hanno utilizzato una sottile pellicola di metallo come barriera nell'esperimento della doppia fenditura. Quando la luce colpisce il film, polaritoni plasmonici di superficie, increspature di densità elettronica create quando gli elettroni sono eccitati dalla luce, vengono generati in corrispondenza di ciascuna fenditura e si propagano verso la fenditura opposta.

"I polaritoni plasmonici di superficie aprono un canale affinché la luce in ogni fessura parli tra loro, " Li ha detto. "Collegando i due, siamo in grado di cambiare le correlazioni reciproche tra loro e quindi cambiare la coerenza della luce."

In sostanza, i polaritoni plasmonici di superficie sono in grado di creare una correlazione dove non ce n'era, o per cancellare qualsiasi correlazione esistente che c'era, a seconda della natura della luce che entra e della distanza tra le fenditure.

Uno dei risultati chiave dello studio è la forza della modulazione che hanno raggiunto. La tecnica è in grado di modulare la coerenza in un intervallo dallo 0 percento (totalmente incoerente) all'80 percento (quasi completamente coerente). Una modulazione di tale forza non è mai stata raggiunta prima, dicono i ricercatori, ed è stato reso possibile utilizzando metodi di nanofabbricazione che hanno permesso di massimizzare le efficienze di generazione di polaritoni plasmonici superficiali esistenti su entrambe le superfici dello schermo a fessura.

Questo lavoro iniziale di proof-of-concept è stato svolto su scala micrometrica, ma Pacifici e Li dicono che non c'è motivo per cui questo non possa essere ridimensionato per l'uso in una varietà di impostazioni.

"Abbiamo infranto una barriera nel dimostrare che è possibile farlo, " Pacifici ha detto. "Questo spiana la strada a nuovi sagomatori di travi bidimensionali, filtri e lenti in grado di manipolare interi fasci ottici utilizzando la coerenza della luce come una potente manopola di sintonia".