Propagazione unidirezionale reversibile dei modi iperbolici. Credito:Z. Guo et al.
La luce del campo vicino è una luce invisibile alla scala della lunghezza d'onda. Sfruttato per una varietà di applicazioni pratiche, come il trasferimento di potenza wireless, la luce in campo vicino ha un ruolo sempre più significativo nello sviluppo di dispositivi fotonici in miniatura su chip. Il controllo della direzione della propagazione della luce in campo vicino è stata una sfida continua che è di fondamentale interesse nella fisica della fotonica e può far avanzare in modo significativo una varietà di applicazioni.
Finora, la propagazione della luce in campo vicino in un'unica direzione è ottenuta mediante interazioni specifiche tra il dipolo elettrico e il dipolo magnetico in un sistema, che ha portato a inevitabili complessità nella progettazione dei dispositivi. Metamateriali iperbolici (HMM), un'importante classe di materiale anisotropo artificiale con isofrequenze isofrequenze isotoliche, hanno attirato l'attenzione grazie alla loro capacità unica di controllare la luce del campo vicino consentendo il confinamento della lunghezza d'onda delle onde elettromagnetiche. Le modalità a vettore d'onda di grandi dimensioni negli HMM sono di particolare interesse perché queste modalità sono più facili da integrare e hanno una minore perdita di energia durante il trasferimento.
Come riportato in Fotonica avanzata , i ricercatori della Tongji University in Cina hanno recentemente dimostrato uno schema completamente elettrico in grado di controllare in modo flessibile la direzione di propagazione della luce del campo vicino. Hanno riportato un'eccitazione unidirezionale anomala di modi iperbolici con un vettore d'onda grande su scale di lunghezza d'onda inferiori. Secondo la loro ricerca, l'accoppiamento selettivo in campo vicino negli HMM è consentito da dipoli elettrici discreti con fasi diverse, che fungono da metasorgente composta da componenti completamente elettrici e con una libertà interiore associata alla simmetria.
Eccitazione unidirezionale di modi bulk iperbolici utilizzando una metasorgente Huygens completamente elettrica:(a) (b) Fattore di eccitazione calcolato di |Fk| la metasorgente Huygens completamente elettrica in funzione della direzione di propagazione θ in diverse impostazioni. Il |Fk| le funzioni nell'HMM e nell'aria sono indicate da linee blu e arancioni, rispettivamente. Le linee tratteggiate rosse e nere indicano la dispersione HMM ɷ(kx, kz) e il valore massimo di |Fk|. (C), (d) Propagazione unidirezionale misurata della metasorgente Huygens completamente elettrica in un HMM basato su circuito per (a) e (b), rispettivamente. Credito immagine:Z. Guo et al
La loro ricerca non solo affronta la necessità di uno schema di progettazione sperimentale completamente elettrico per la fotonica in campo vicino, ma contribuisce anche a principi di eccitazione basati sulla simmetria di valore fondamentale. Utilizzando una metasource Huygens, i ricercatori sono stati in grado di osservare l'eccitazione unidirezionale delle modalità bulk iperboliche in un HMM planare. Hanno scoperto che l'eccitazione unidirezionale nello spazio libero è la stessa della direzione verticale, ma opposto a quello in direzione orizzontale. Queste diverse caratteristiche di propagazione in direzione orizzontale e verticale sono uniche per i modi iperbolici. Inoltre, i ricercatori hanno utilizzato metasorgenti di spin per studiare la propagazione direzionale della luce in una guida d'onda iperbolica planare. Hanno scoperto che, per la metasorgente di rotazione in senso orario, viene eccitato solo il modo guidato che si propaga da destra a sinistra. E per la sorgente che ruota in senso antiorario, viene eccitato solo il modo guidato che si propaga da sinistra a destra.
Globale, la ricerca avanza nei campi della scienza ottica e della comunicazione dell'informazione, poiché i risultati forniscono le condizioni necessarie per un routing fotonico altamente efficiente e verificato sperimentalmente. Per applicazioni emergenti in dispositivi ottici integrati, così come il trasferimento di potenza wireless, commutazione, e filtraggio, questo lavoro promette un controllo flessibile senza precedenti della luce del campo vicino.
