Los investigadores de la Universidad de Brown han desarrollado un nuevo método para manipular la polarización de la luz a frecuencias de terahercios.

La técnica utiliza pilas de placas de metal cuidadosamente espaciadas para hacer un divisor de haz polarizador, un dispositivo que divide un haz de luz por sus diferentes estados de polarización, enviar luz polarizada verticalmente en una dirección y luz polarizada horizontalmente en otra. Un divisor de haz de este tipo podría ser útil en una amplia variedad de sistemas que utilizan radiación de terahercios, desde los sistemas de imágenes hasta las futuras redes de comunicaciones.

En el mundo de las imágenes la capacidad de administrar y detectar radiación en diferentes polarizaciones podría ser útil en microscopía de terahercios y caracterización de materiales. En comunicaciones, Los haces polarizados pueden permitir el envío de múltiples flujos de datos por el mismo medio sin interferencias.

"Esta idea de la pila de placas tiene ventajas sobre los métodos tradicionales de manipulación de la polarización en la región de terahercios, "dijo Dan Mittleman, profesor de la Escuela de Ingeniería de Brown y autor principal de un artículo de investigación que describe el trabajo en la revista Informes científicos . "Es más barato y físicamente más robusto que otros métodos, y es más versátil en lo que nos permite hacer ".

Rajind Mendis, un profesor asistente de investigación en Brown, dirigió el trabajo junto con Mittleman, El estudiante graduado de Brown Wei Zhang y Masaya Nagai, profesor asociado en la Universidad de Osaka en Japón.

El rango de terahercios es la franja del espectro electromagnético entre las frecuencias de microondas e infrarrojas. Uso de ondas de terahercios en aplicaciones tecnológicas como espectroscopia, sintiendo las comunicaciones de imágenes y de ancho de banda ultra alto están creciendo, y los investigadores están trabajando para desarrollar los componentes de hardware necesarios para construir estos sistemas avanzados de terahercios.

La polarización se refiere a la orientación de los picos y valles de una onda electromagnética a medida que la onda se propaga. Si una ola se propaga hacia ti, los picos y valles se pueden orientar verticalmente, horizontalmente o en cualquier lugar intermedio.

"La polarización es una de las propiedades clave de cualquier onda electromagnética, ", Dijo Mittleman." Ser capaz de manipular la polarización, medirla o cambiarla, es una de las capacidades importantes que necesita en cualquier sistema electromagnético ".

En el reino de la luz visible por ejemplo, La manipulación de la polarización se utiliza para crear películas en 3D modernas y para hacer gafas de sol que reducen el resplandor de la luz reflejada. Las gafas de sol polarizadas se fabrican colocando hebras de polímero horizontalmente dentro de lentes como barras en una celda de la cárcel. Esos hilos permiten que pase la luz polarizada verticalmente, mientras bloquea la luz polarizada horizontalmente, que es el estado de polarización dominante de la luz reflejada en superficies brillantes como automóviles y agua.

Los métodos existentes para manipular la polarización en el rango de terahercios son muy similares a la técnica utilizada para polarizar gafas de sol. aunque escalado a las longitudes de onda mucho más largas de la luz de terahercios en comparación con la luz visible. Los filtros polarizadores para terahercios son generalmente una serie de alambres de metal de unas pocas micras de diámetro y separados por varias micras.

La nueva técnica desarrollada por el equipo de Brown y Osaka reemplaza los cables con una pila de placas de acero muy poco espaciadas. Cada par de placas forma lo que se conoce como guía de ondas de placas paralelas. Cuando la luz de terahercios se ilumina en la pila en un ángulo de 45 grados, divide el haz excitando dos modos de guía de ondas. Un rayo de luz polarizada verticalmente pasa directamente a través del dispositivo, mientras que otro rayo de luz polarizada horizontalmente se refleja en un ángulo de 90 grados desde el eje del rayo original.

La técnica tiene una serie de ventajas sobre los filtros de alambre tradicionales, dicen los investigadores. La arquitectura de pila de platos, que se conoce como "dieléctrico artificial, "es fácil de hacer, y los materiales son económicos. Las placas también son mucho menos frágiles que los cables.

"El concepto de dieléctrico artificial también hace que el dispositivo sea más versátil, Mendis dijo. "El dispositivo se puede sintonizar fácilmente para su uso en diferentes frecuencias de terahercios simplemente cambiando el tamaño de los espaciadores que separan las placas o cambiando el ángulo de iluminación".

Otra ventaja es que con la adición de una segunda estructura dieléctrica artificial similar, los investigadores pudieron construir un dispositivo llamado aislador. Los aisladores se utilizan en láseres de alta potencia para evitar que la luz se refleje en un emisor láser. lo que podría desestabilizarlo o incluso dañarlo. Un aislador de terahercios podría ser un componente importante para futuros dispositivos de terahercios de alta potencia.

El equipo de Brown y Osaka está en proceso de patentar los nuevos dispositivos dieléctricos artificiales, y los investigadores esperan que estos dispositivos permitan el desarrollo de nuevos sistemas de terahercios con capacidades mucho mejores.

"En cualquier cosa que desee hacer con un sistema óptico, es útil poder manipular la polarización, ", Dijo Mittleman." Este es un sencillo, eficiente, una forma eficaz y versátil de hacerlo ".