Os pesquisadores da Brown University demonstraram pela primeira vez um método para alterar substancialmente a coerência espacial da luz.

Em artigo publicado na revista Avanços da Ciência , os pesquisadores mostram que podem usar polaritons de plasmon de superfície - propagando ondas eletromagnéticas confinadas em uma interface metal-dielétrica - para transformar a luz de completamente incoerente em quase totalmente coerente e vice-versa. A capacidade de modular a coerência pode ser útil em uma ampla variedade de aplicações, desde coloração estrutural e comunicação óptica até modelagem de feixe e imagens microscópicas.

"Houve algum trabalho teórico sugerindo que a modulação de coerência era possível, e alguns resultados experimentais mostrando pequenas quantidades de modulação, "disse Dongfang Li, um pesquisador de pós-doutorado na Escola de Engenharia de Brown e o autor principal do estudo. "Mas esta é a primeira vez que uma modulação muito forte de coerência foi realizada experimentalmente."

A coerência trata da extensão em que as ondas eletromagnéticas em propagação estão correlacionadas umas com as outras. Lasers, por exemplo, emitem luz que é altamente coerente, o que significa que as ondas estão fortemente correlacionadas. O sol e as lâmpadas incandescentes emitem ondas fracamente correlacionadas, que geralmente são considerados "incoerentes", Apesar, mais precisamente, eles são caracterizados por graus de coerência baixos, mas mensuráveis.

"Coerência, como cor e polarização, é uma propriedade fundamental da luz, "disse Domenico Pacifici, professor associado de engenharia e física na Brown e co-autor da pesquisa. "Temos filtros que podem manipular a cor da luz e temos coisas como óculos de sol polarizadores que podem manipular a polarização. O objetivo com este trabalho era encontrar uma maneira de manipular a coerência como fazemos com essas outras propriedades."

Fazer isso, Li e Pacifici fizeram um experimento clássico usado para medir a coerência, Fenda dupla de Young, e o transformou em um dispositivo que pode modular a coerência da luz, controlando e ajustando as interações entre a luz e os elétrons em filmes de metal.

No experimento clássico de dupla fenda, uma barreira opaca é colocada entre uma fonte de luz e um detector. A luz passa por duas fendas paralelas na barreira para chegar ao detector do outro lado. Se a luz mostrada na barreira for coerente, os raios que emanam das fendas irão interferir uns com os outros, criando um padrão de interferência no detector - uma série de bandas claras e escuras chamadas franjas de interferência. O grau de coerência da luz pode ser medido pela intensidade das bandas. Se a luz for incoerente, nenhuma faixa será visível.

"Como isso normalmente é feito, o experimento de dupla fenda simplesmente mede a coerência da luz, em vez de alterá-la, "Disse Pacifici." Mas, ao introduzir polaritons de plasmon de superfície, As fendas duplas de Young tornam-se uma ferramenta não apenas para medição, mas também para modulação. "

Fazer isso, os pesquisadores usaram uma fina película de metal como barreira no experimento de dupla fenda. Quando a luz atinge o filme, Os polaritons do plasmon de superfície - ondulações de densidade eletrônica criadas quando os elétrons são excitados pela luz - são gerados em cada fenda e se propagam em direção à fenda oposta.

"Os polaritons do plasmon de superfície abrem um canal para que a luz em cada fenda converse entre si, "Li disse." Conectando os dois, somos capazes de mudar as correlações mútuas entre eles e, portanto, mudar a coerência da luz. "

Em essência, polaritons de plasmão de superfície são capazes de criar correlação onde não havia nenhuma, ou para cancelar qualquer correlação existente que estava lá, dependendo da natureza da luz que entra e da distância entre as fendas.

Um dos principais resultados do estudo é a força da modulação que eles alcançaram. A técnica é capaz de modular a coerência em uma faixa de 0 por cento (totalmente incoerente) a 80 por cento (quase totalmente coerente). A modulação de tal força nunca foi alcançada antes, os pesquisadores dizem, e isso foi possível usando métodos de nanofabricação que permitiram maximizar as eficiências de geração de polaritons de plasmon de superfície existentes em ambas as superfícies da tela cortada.

Este trabalho inicial de prova de conceito foi feito na escala do micrômetro, mas Pacifici e Li dizem que não há razão para que isso não possa ser escalado para uso em uma variedade de configurações.

"Quebramos uma barreira ao mostrar que é possível fazer isso, "Disse Pacifici." Isso abre caminho para novos modeladores de feixe bidimensionais, filtros e lentes que podem manipular feixes óticos inteiros usando a coerência da luz como um poderoso botão de ajuste. "