Los investigadores de la Universidad de Brown han demostrado por primera vez un método para cambiar sustancialmente la coherencia espacial de la luz.

En un artículo publicado en la revista Avances de la ciencia , los investigadores muestran que pueden usar polaritones de plasmón de superficie, que propagan ondas electromagnéticas confinadas en una interfaz metal-dieléctrica, para transformar la luz de completamente incoherente a casi completamente coherente y viceversa. La capacidad de modular la coherencia podría resultar útil en una amplia variedad de aplicaciones, desde la coloración estructural y la comunicación óptica hasta la formación de haces y la formación de imágenes microscópicas.

"Hubo algunos trabajos teóricos que sugirieron que la modulación de coherencia era posible, y algunos resultados experimentales que muestran pequeñas cantidades de modulación, "dijo Dongfang Li, investigador postdoctoral en la Escuela de Ingeniería de Brown y autor principal del estudio. "Pero esta es la primera vez que se ha realizado experimentalmente una modulación de coherencia muy fuerte".

La coherencia se ocupa de la medida en que las ondas electromagnéticas que se propagan están correlacionadas entre sí. Láseres por ejemplo, emitir luz que es altamente coherente, lo que significa que las ondas están fuertemente correlacionadas. El sol y las bombillas incandescentes emiten ondas débilmente correlacionadas, que generalmente se dice que son "incoherentes", a pesar de que, más precisamente, se caracterizan por grados de coherencia bajos pero mensurables.

"Coherencia, como el color y la polarización, es una propiedad fundamental de la luz, "dijo Domenico Pacifici, profesor asociado de ingeniería y física en Brown y coautor de la investigación. "Tenemos filtros que pueden manipular el color de la luz y tenemos cosas como gafas de sol polarizadas que pueden manipular la polarización. El objetivo de este trabajo era encontrar una manera de manipular la coherencia como podemos hacer con estas otras propiedades".

Para hacer eso, Li y Pacifici tomaron un experimento clásico utilizado para medir la coherencia, La doble raja de Young, y lo convirtió en un dispositivo que puede modular la coherencia de la luz controlando y ajustando con precisión las interacciones entre la luz y los electrones en las películas metálicas.

En el clásico experimento de doble rendija, se coloca una barrera opaca entre una fuente de luz y un detector. La luz pasa a través de dos rendijas paralelas en la barrera para llegar al detector en el otro lado. Si la luz que se muestra en la barrera es coherente, los rayos que emanan de las rendijas interferirán entre sí, creando un patrón de interferencia en el detector, una serie de bandas brillantes y oscuras llamadas franjas de interferencia. El grado de coherencia de la luz se puede medir mediante la intensidad de las bandas. Si la luz es incoherente, no se verán bandas.

"Como esto se hace normalmente, el experimento de doble rendija simplemente mide la coherencia de la luz en lugar de cambiarla, ", Dijo Pacifici." Pero al introducir polaritones de plasmón de superficie, Las rendijas dobles de Young se convierten en una herramienta no solo para la medición sino también para la modulación ".

Para hacer eso, los investigadores utilizaron una fina película metálica como barrera en el experimento de doble rendija. Cuando la luz incide en la película, Los polaritones de plasmón de superficie, ondas de densidad de electrones que se crean cuando los electrones son excitados por la luz, se generan en cada rendija y se propagan hacia la rendija opuesta.

"Los polaritones del plasmón de superficie abren un canal para que la luz en cada rendija se comunique entre sí, "Li dijo." Al conectar los dos, podemos cambiar las correlaciones mutuas entre ellos y, por lo tanto, cambiar la coherencia de la luz ".

En esencia, Los polaritones de plasmón de superficie son capaces de crear una correlación donde no la había, o cancelar cualquier correlación existente que estuviera allí, dependiendo de la naturaleza de la luz que entra y la distancia entre las rendijas.

Uno de los resultados clave del estudio es la fuerza de la modulación que lograron. La técnica es capaz de modular la coherencia en un rango del 0 por ciento (totalmente incoherente) al 80 por ciento (casi completamente coherente). Nunca antes se había logrado una modulación de tal fuerza, los investigadores dicen, y fue posible mediante el uso de métodos de nanofabricación que permitieron maximizar las eficiencias de generación de polaritones de plasmón de superficie existentes en ambas superficies de la pantalla rajada.

Este trabajo inicial de prueba de concepto se realizó a escala micrométrica, pero Pacifici y Li dicen que no hay ninguna razón por la que esto no pueda ampliarse para su uso en una variedad de entornos.

"Hemos roto una barrera al demostrar que es posible hacer esto, ", Dijo Pacifici." Esto allana el camino para los nuevos modeladores de haz bidimensionales, filtros y lentes que pueden manipular haces ópticos completos utilizando la coherencia de la luz como un potente botón de sintonización ".