A óptica de transformação formulou uma estrutura versátil para moldar o fluxo de luz e adaptar suas características espaciais à vontade. A transformação de coordenadas muitas vezes produz parâmetros materiais extremos inviáveis ​​mesmo com metamateriais.
Em um novo artigo publicado na eLight , uma equipe de cientistas, liderada pelo professor Liang Feng da Universidade da Pensilvânia, desenvolveu um novo chip que pode transferir diferentes estados ópticos para alternar os fluxos de luz. Seu artigo, intitulado "Transformação supersimétrica contínua de banda larga:um novo paradigma para a óptica de transformação", busca fornecer uma estratégia adaptável para domar o fluxo de luz.

As tentativas de dobrar a luz sob demanda e transformar arbitrariamente suas características espaciais estão enraizadas nos fundamentos do eletromagnetismo. A invariância de forma das equações de Maxwell sob transformações de coordenadas levou à formulação da óptica de transformação. Sua equivalência permite o rearranjo de campos eletromagnéticos em um determinado sistema de coordenadas. Ele deixou avenidas abertas para uma série de funcionalidades intrigantes, como camuflagem de invisibilidade e ótica de ilusão.

Os metamateriais têm excelente flexibilidade de design e permitem uma ampla gama de propriedades ópticas. A realização experimental da óptica de transformação está em um impasse há uma década por causa da extremidade óptica e da singularidade geralmente resultantes da transformação. Portanto, novos esquemas para óptica de transformação com valores de parâmetros de banda larga dentro dos limites alcançáveis ​​são essenciais.

Por exemplo, o mapeamento conforme com o índice de refração local espacialmente variável foi demonstrado. Esta técnica pode realizar a transformação de coordenadas usando nanoestruturas de Si não homogêneas. Ele pode produzir um delicado controle de fase frontal para camuflagem de tapete multicolorido. Esta abordagem elucidou a possibilidade de explorar o índice de gradiente (GRIN) para deformar o espaço. No entanto, uma mudança paradigmática além da transformação de coordenadas tradicional é necessária para alcançar uma funcionalidade mais rica além de dobrar as trajetórias.

Aqui, a equipe de pesquisa adota uma abordagem diferente da óptica de transformação convencional:observando o hamiltoniano do sistema em transformação. A invariância do Hamiltoniano sob operação de simetria nos dá insights sobre como um sistema pode ser transformado com uma quantidade conservada. Em particular, a Supersimetria (SUSY) apresenta os espectros de autoenergia degenerados entre dois hamiltonianos distintos, o que facilitou o controle avançado das características espaciais da luz.

O acoplamento estratégico entre o sistema óptico original e seu superparceiro dissipativo desencadeou aplicações intrigantes, como matrizes de microlaser monomodo de alta radiância e multiplexação por divisão de modo. Esses estudos experimentais anteriores são baseados em hamiltonianos de rede, que podem ser fatorados via operação matricial. Assim, eles construíram sistemas compostos de muitos elementos discretos acoplados correspondentes a guias de ondas acoplados ou ressonadores.

Em contraste, o método estendido de SUSY que pode gerar um número infinito de potenciais estritamente isoespectrais permaneceu experimentalmente inexplorado, uma vez que requer uma abordagem intrinsecamente diferente para realizar potenciais arbitrários. Ao mesmo tempo, sua estrutura matemática é ideal para a transformação hamiltoniana contínua para possibilitar um cenário distinto para a transformação óptica.

A equipe de pesquisa relatou a primeira demonstração experimental da transformação contínua do SUSY, projetando um novo metamaterial GRIN em uma plataforma de Si. A ideia é construir um metamaterial que possa emular potenciais arbitrários para obter controle avançado de luz através da transformação da mídia óptica sob supersimetria.

Eles utilizaram a sinergia da supersimetria e o metamaterial para projetar a permissividade dielétrica espacialmente variável. Ele constituiu um mapa bidimensional onde transformações arbitrárias são prescritas simultaneamente para múltiplos estados ópticos para roteamento, comutação e modelagem de modo espacial, mantendo rigorosamente suas constantes de propagação originais. O resultado foi a ótica de transformação contínua do SUSY de banda larga. A interação de supersimetria e um metamaterial demonstrado neste estudo iluminou um novo caminho para utilizar plenamente os graus de liberdade espacial de um chip para funcionalidades fotônicas versáteis.

A abordagem de transformação contínua do SUSY da equipe é escalável para um número maior de autoestados e parâmetros livres. Aplica-se à distribuição de índice mais complicada, criando uma plataforma ideal para multiplexação por divisão de espaço no chip em tecnologias da informação. Além disso, estender ainda mais a transformação do SUSY para dimensões superiores pode fornecer uma estratégia de design para explorar todo o potencial dos metamateriais no espaço tridimensional. + Explorar mais

Criando invisibilidade com materiais supercondutores