I dispositivi ottici sono fondamentali in diverse applicazioni militari e civili, mentre i dispositivi ottici tradizionali sono ingombranti e pesanti perché si basano sull'accumulo di fase su un lungo cammino ottico. In un articolo pubblicato su Progressi scientifici , Il prof. Xiangang Luo dell'Accademia cinese delle scienze e i suoi collaboratori hanno ora dimostrato che i dispositivi ottici ultrasottili e leggeri potrebbero essere costruiti utilizzando catenarie di nanostrutture, che erano tipicamente usati in architettura per costruire incredibili ponti e archi.
La catenaria è la curva che assume una catena sospesa sotto il proprio peso. È una "vera forma matematica e meccanica" in architettura, descritto da Robert Hooke nel 1670. La catenaria si trova in molte circostanze. Per esempio, la seta su una tela di ragno forma più catenarie elastiche. I ricercatori ora utilizzano strutture ottiche a forma di catenaria per convertire la luce polarizzata circolarmente in un raggio a fase elicoidale che trasporta un profilo di fase lineare geometrico. Simile alla "catenaria di uguale forza, "il gradiente di fase della catenaria ottica è uguale ovunque, che è un risultato diretto della sua speciale forma geometrica. La struttura della catenaria ha applicazioni in ottica, architettura, e molte altre discipline. "È un risultato diretto che potremmo costruire nuovi dispositivi ottici con una forte somiglianza con le strutture che si verificano nel mondo naturale, "dice il prof. Luo.
Molti metodi precedenti utilizzano nanostrutture discrete per generare una distribuzione di fase variabile nello spazio. Le strutture discrete portano a forti risonanze, il che rende limitata la larghezza di banda operativa di questi campioni. Il gruppo del Prof. Luo utilizza quindi le strutture a catenaria continua per ottenere una larghezza di banda molto più ampia. Hanno dimostrato che il momento angolare orbitale a banda larga (OAM) potrebbe essere ottenuto utilizzando la catenaria. La larghezza di banda operativa dei dispositivi potrebbe coprire l'intero spettro elettromagnetico comprese le microonde. terahertz, infrarossi, e il regime visibile.
Le catenarie potrebbero essere utilizzate come un unico elemento costitutivo per metasuperfici ottiche, che sono ritenuti la chiave per i sistemi ottici integrati di nuova generazione. Secondo la legge di riflessione e rifrazione assistita dalla metasuperficie, molti nuovi elementi ottici, come lenti piatte, assiconi, e prismi, potrebbero essere ottenuti con prestazioni ben oltre le loro controparti tradizionali.
