Os pesquisadores da Brown University desenvolveram um novo método de manipulação da polarização da luz em frequências terahertz.

A técnica usa pilhas de placas de metal cuidadosamente espaçadas para fazer um divisor de feixe polarizador, um dispositivo que divide um feixe de luz por seus diferentes estados de polarização, enviar luz polarizada verticalmente em uma direção e luz polarizada horizontalmente em outra. Esse divisor de feixe pode ser útil em uma ampla variedade de sistemas que fazem uso de radiação terahertz, de sistemas de imagem a futuras redes de comunicação.

No mundo da imagem, a capacidade de entregar e detectar radiação em diferentes polarizações pode ser útil em microscopia terahertz e caracterização de material. Na comunicação, os feixes polarizados podem permitir que vários fluxos de dados sejam enviados pelo mesmo meio sem interferência.

"Essa ideia de pilha de placas tem vantagens sobre os métodos tradicionais de manipulação de polarização na região de terahertz, "disse Dan Mittleman, um professor na Escola de Engenharia de Brown e autor sênior de um artigo de pesquisa que descreve o trabalho na revista Relatórios Científicos . "É mais barato e fisicamente mais robusto do que outros métodos, e é mais versátil no que nos permite fazer. "

Rajind Mendis, um professor assistente de pesquisa na Brown, liderou o trabalho junto com Mittleman, Wei Zhang e Masaya Nagai, estudante de graduação Brown, professor associado da Universidade de Osaka no Japão.

A faixa de terahertz é a faixa do espectro eletromagnético entre as frequências de microondas e infravermelho. Uso de ondas terahertz em aplicações tecnológicas, como espectroscopia, de detecção, imagens e comunicações de largura de banda ultra-alta estão crescendo, e os pesquisadores estão trabalhando para desenvolver os componentes de hardware necessários para construir esses sistemas terahertz avançados.

Polarização se refere à orientação dos picos e vales de uma onda eletromagnética à medida que a onda se propaga. Se uma onda está se propagando em sua direção, os picos e vales podem ser orientados verticalmente, horizontalmente ou em qualquer lugar no meio.

"A polarização é uma das principais propriedades de qualquer onda eletromagnética, "Mittleman disse." Ser capaz de manipular a polarização - medi-la ou alterá-la - é uma das capacidades importantes de que você precisa em qualquer sistema eletromagnético.

No reino da luz visível, por exemplo, a manipulação da polarização é usada para criar filmes 3-D modernos e para fazer óculos de sol que reduzem o brilho da luz refletida. Óculos de sol polarizadores são feitos organizando fios de polímero horizontalmente dentro das lentes, como barras em uma cela de prisão. Esses fios permitem que a luz que está polarizada verticalmente passe, enquanto bloqueia a luz polarizada horizontalmente, que é o estado de polarização dominante da luz refletida em superfícies brilhantes como carros e água.

Os métodos existentes de manipulação de polarização na faixa de terahertz são muito semelhantes à técnica usada em óculos de sol de polarização, embora dimensionado para comprimentos de onda muito mais longos da luz terahertz em comparação com a luz visível. Filtros de polarização para terahertz são geralmente uma matriz de fios de metal com alguns mícrons de diâmetro e espaçados vários mícrons uns dos outros.

A nova técnica desenvolvida pela equipe de Brown e Osaka substitui os fios por uma pilha de placas de aço próximas. Cada par de placas forma o que é conhecido como guia de ondas de placa paralela. Quando a luz terahertz incide sobre a pilha em um ângulo de 45 graus, ele divide o feixe estimulando dois modos de guia de onda. Um feixe de luz polarizada verticalmente passa direto pelo dispositivo, enquanto outro feixe de luz polarizada horizontalmente é refletido em um ângulo de 90 graus do eixo do feixe original.

A técnica tem uma série de vantagens sobre os filtros de arame tradicionais, dizem os pesquisadores. A arquitetura da pilha de pratos, que é conhecido como um "dielétrico artificial, "é fácil de fazer, e os materiais são baratos. As placas também são muito menos frágeis do que os fios.

“O conceito de dielétrico artificial também torna o dispositivo mais versátil, "O dispositivo pode ser facilmente ajustado para uso em diferentes frequências terahertz simplesmente mudando o tamanho dos espaçadores que separam as placas ou mudando o ângulo de iluminação."

Outra vantagem é que com a adição de uma segunda estrutura dielétrica artificial semelhante, os pesquisadores conseguiram construir um dispositivo chamado isolador. Isoladores são usados ​​em lasers de alta potência para evitar que a luz seja refletida de volta em um emissor de laser, o que pode desestabilizá-lo ou mesmo danificá-lo. Um isolador terahertz pode ser um componente importante para futuros dispositivos terahertz de alta potência.

A equipe de Brown e Osaka está em processo de patentear os novos dispositivos dielétricos artificiais, e os pesquisadores têm esperança de que esses dispositivos permitirão o desenvolvimento de novos sistemas terahertz com recursos muito melhores.

"Em qualquer coisa que você queira fazer com um sistema óptico, é útil ser capaz de manipular a polarização, "Mittleman disse." Este é um simples, eficiente, maneira eficaz e versátil de fazer isso. "