Propagação unidirecional reversível de modos hiperbólicos. Crédito:Z. Guo et al.
A luz de campo próximo é uma luz invisível na escala de sub comprimento de onda. Usado para uma variedade de aplicações práticas, como transferência de energia sem fio, a luz de campo próximo tem um papel cada vez mais significativo no desenvolvimento de dispositivos fotônicos em chip em miniatura. Controlar a direção da propagação da luz de campo próximo tem sido um desafio contínuo que é de interesse fundamental na física fotônica e pode avançar significativamente em uma variedade de aplicações.
Até aqui, a propagação da luz de campo próximo em uma única direção é alcançada por interações específicas entre o dipolo elétrico e o dipolo magnético em um sistema, o que levou a complexidades inevitáveis no design do dispositivo. Metamateriais hiperbólicos (HMMs), uma classe importante de material anisotrópico artificial com contornos de isofrequência hiperbólica, chamaram a atenção devido à sua capacidade única de controlar a luz do campo próximo, permitindo o confinamento do comprimento de onda abaixo das ondas eletromagnéticas. Modos de vetores de onda grandes em HMMs são de interesse particular porque esses modos são mais fáceis de integrar e têm uma menor perda de energia na transferência.
Conforme relatado em Fotônica Avançada , pesquisadores da Universidade de Tongji, na China, demonstraram recentemente um esquema totalmente elétrico capaz de controlar com flexibilidade a direção de propagação da luz de campo próximo. Eles relataram excitação unidirecional anômala de modos hiperbólicos com grande vetor de onda em escalas de comprimento de onda. De acordo com sua pesquisa, o acoplamento seletivo de campo próximo em HMMs é habilitado por dipolos elétricos discretos com diferentes fases, que servem como uma metafonte composta de componentes totalmente elétricos e com uma liberdade interna associada à simetria.
Excitação unidirecional de modos em massa hiperbólicos usando uma meta-fonte totalmente elétrica de Huygens:(a) (b) Fator de excitação calculado de | Fk | a metafonte totalmente elétrica Huygens como uma função da direção de propagação θ em diferentes configurações. O | Fk | funções no HMM e no ar são denotadas por linhas azuis e laranja, respectivamente. As linhas tracejadas vermelhas e pretas indicam a dispersão HMM ɷ (kx, kz) e o valor máximo de | Fk |. (c), (d) Propagação unidirecional medida da metafonte totalmente elétrica Huygens em um HMM baseado em circuito para (a) e (b), respectivamente. Crédito da imagem:Z. Guo et al
Sua pesquisa não aborda apenas a necessidade de um esquema de projeto experimental totalmente elétrico para fotônica de campo próximo, mas também contribui com princípios de excitação baseados em simetria fundamentalmente valiosos. Usando uma metafonte Huygens, os pesquisadores foram capazes de observar a excitação unidirecional de modos de bulk hiperbólico em um HMM planar. Eles descobriram que a excitação unidirecional no espaço livre é a mesma que na direção vertical, mas oposto a isso na direção horizontal. Essas diferentes características de propagação nas direções horizontal e vertical são exclusivas dos modos hiperbólicos. Além disso, os pesquisadores usaram metassontes de spin para estudar a propagação direcional da luz em um guia de ondas hiperbólico planar. Eles descobriram que, para a meta-fonte de rotação no sentido horário, apenas o modo guiado que se propaga da direita para a esquerda é excitado. E para a fonte giratória no sentido anti-horário, apenas o modo guiado que se propaga da esquerda para a direita é excitado.
Geral, a pesquisa avança nos campos da ciência óptica e comunicação da informação, como os resultados fornecem as condições necessárias para roteamento fotônico altamente eficiente e experimentalmente verificado. Para aplicações emergentes em dispositivos ópticos integrados, bem como transferência de energia sem fio, trocando, e filtragem, este trabalho promete controle flexível sem precedentes de luz de campo próximo.
