La trasformazione supersimmetrica continua è prescritta simultaneamente e individualmente a più stati ottici (indicati dai colori:blu, rosso e verde) per modellare la modalità e instradare all'interno del metamateriale dell'indice di gradiente. Il pannello di destra presenta i profili del campo di intensità dei singoli stati ottici dopo la trasformazione. Credito:Jieun Yim et al.
L'ottica di trasformazione ha formulato una struttura versatile per modellare il flusso di luce e adattarne le caratteristiche spaziali a piacimento. La trasformazione delle coordinate spesso produce parametri materiali estremi non fattibili anche con i metamateriali.
In un nuovo articolo pubblicato su eLight , un team di scienziati, guidato dal professor Liang Feng dell'Università della Pennsylvania, ha sviluppato un nuovo chip in grado di trasferire diversi stati ottici per cambiare i flussi di luce. Il loro articolo, intitolato "Trasformazione supersimmetrica continua a banda larga:un nuovo paradigma per l'ottica di trasformazione", cerca di fornire una strategia adattabile per domare il flusso di luce.
I tentativi di piegare la luce su richiesta e di trasformare arbitrariamente le sue caratteristiche spaziali sono radicati nei fondamenti dell'elettromagnetismo. L'invarianza della forma delle equazioni di Maxwell nelle trasformazioni di coordinate ha portato alla formulazione dell'ottica di trasformazione. La loro equivalenza consente la riorganizzazione dei campi elettromagnetici in un dato sistema di coordinate. Ha lasciato strade aperte a una serie di funzionalità intriganti come l'occultamento dell'invisibilità e l'ottica dell'illusione.
I metamateriali hanno un'eccellente flessibilità di progettazione e consentono un'ampia gamma di proprietà ottiche. La realizzazione sperimentale dell'ottica di trasformazione è in stallo da un decennio a causa dell'estremità ottica e della singolarità spesso risultanti dalla trasformazione. Pertanto, sono essenziali nuovi schemi per l'ottica di trasformazione con valori dei parametri della banda larga entro limiti raggiungibili.
Ad esempio, è stata dimostrata la mappatura conforme con l'indice di rifrazione locale spazialmente variabile. Questa tecnica può eseguire la trasformazione delle coordinate utilizzando nanostrutture di Si disomogenee. Può fornire un delicato controllo del fronte di fase per l'occultamento di tappeti multicolori. Questo approccio ha chiarito la possibilità di sfruttare l'indice di gradiente (GRIN) per deformare lo spazio. Tuttavia, è necessario un cambiamento paradigmatico oltre la tradizionale trasformazione delle coordinate per ottenere funzionalità più ricche oltre a piegare le traiettorie.
Qui, il team di ricerca adotta un approccio diverso dall'ottica di trasformazione convenzionale:osservare l'hamiltoniana del sistema in trasformazione. L'invarianza dell'Hamiltoniana sotto l'operazione di simmetria ci fornisce informazioni su come un sistema può essere trasformato con una quantità conservata. In particolare, Supersymmetry (SUSY) presenta gli spettri di autoenergia degenerata tra due Hamiltoniane distinte, che ha facilitato il controllo avanzato delle caratteristiche spaziali della luce.
L'accoppiamento strategico tra il sistema ottico originale e il suo superpartner dissipativo ha innescato applicazioni intriganti come array di microlaser monomodali ad alta radianza e multiplexing a divisione di modalità. Questi studi sperimentali precedenti si basano su Hamiltoniane reticolari, che possono essere fattorizzate tramite operazioni di matrice. Quindi, hanno costruito sistemi composti da molti elementi discreti accoppiati corrispondenti a guide d'onda o risonatori accoppiati.
Al contrario, il metodo esteso di SUSY che può generare un numero infinito di potenziali rigorosamente isospettrali è rimasto sperimentalmente inesplorato poiché richiede un approccio intrinsecamente diverso per realizzare potenziali arbitrari. Allo stesso tempo, la sua struttura matematica è ideale per la continua trasformazione Hamiltoniana per consentire uno scenario distinto per l'ottica di trasformazione.
Il team di ricerca ha riportato la prima dimostrazione sperimentale della continua trasformazione SUSY progettando un nuovo metamateriale GRIN su una piattaforma Si. L'idea è quella di costruire un metamateriale in grado di emulare potenziali arbitrari per ottenere un controllo avanzato della luce trasformando il supporto ottico in condizioni di supersimmetria.
Hanno utilizzato la sinergia della supersimmetria e del metamateriale per progettare la permittività dielettrica spazialmente variabile. Costituiva una mappa bidimensionale in cui trasformazioni arbitrarie sono prescritte simultaneamente a più stati ottici per l'instradamento, la commutazione e la modellatura della modalità spaziale, pur mantenendo rigorosamente le loro costanti di propagazione originali. Il loro risultato ha caratterizzato l'ottica di trasformazione SUSY continua a banda larga. L'interazione tra supersimmetria e metamateriale dimostrata in questo studio ha illuminato un nuovo percorso per utilizzare pienamente i gradi di libertà spaziali di un chip per funzionalità fotoniche versatili.
L'approccio di trasformazione SUSY continua del team è scalabile a un numero maggiore di autostati e parametri liberi. Si applica alla distribuzione di indici più complicata, creando una piattaforma ideale per il multiplexing a divisione di spazio su chip nelle tecnologie dell'informazione. Inoltre, l'ulteriore estensione della trasformazione SUSY a dimensioni superiori può fornire una strategia di progettazione per sfruttare il pieno potenziale dei metamateriali nello spazio tridimensionale. + Esplora ulteriormente
