Propagación unidireccional reversible de modos hiperbólicos. Crédito:Z. Guo et al.
La luz de campo cercano es luz invisible en la escala de sublongitud de onda. Aprovechado para una variedad de aplicaciones prácticas, como la transferencia de energía inalámbrica, La luz de campo cercano tiene un papel cada vez más importante en el desarrollo de dispositivos fotónicos en chip en miniatura. El control de la dirección de la propagación de la luz de campo cercano ha sido un desafío continuo que es de interés fundamental en la física fotónica y puede promover significativamente una variedad de aplicaciones.
Hasta aquí, la propagación de la luz de campo cercano en una sola dirección se logra mediante interacciones específicas entre el dipolo eléctrico y el dipolo magnético en un sistema, lo que ha dado lugar a complejidades inevitables en el diseño de dispositivos. Metamateriales hiperbólicos (HMM), una clase importante de material anisotrópico artificial con contornos de isofrecuencia hiperbólica, han atraído la atención debido a su capacidad única para controlar la luz de campo cercano al permitir el confinamiento de ondas electromagnéticas por sublongitud de onda. Los modos de vector de onda grandes en HMM son de particular interés porque esos modos son más fáciles de integrar y tienen una menor pérdida de energía en la transferencia.
Como se informó en Fotónica avanzada , Investigadores de la Universidad de Tongji en China demostraron recientemente un esquema totalmente eléctrico capaz de controlar de manera flexible la dirección de propagación de la luz de campo cercano. Informaron una excitación unidireccional anómala de modos hiperbólicos con un gran vector de onda a escalas de sublongitud de onda. Según su investigación, El acoplamiento selectivo de campo cercano en HMM está habilitado por dipolos eléctricos discretos con diferentes fases, que sirven como una metafuente compuesta de componentes totalmente eléctricos y con una libertad interior asociada a la simetría.
Excitación unidireccional de modos de volumen hiperbólico utilizando una metafuente Huygens totalmente eléctrica:(a) (b) Factor de excitación calculado de | Fk | la metafuente Huygens totalmente eléctrica en función de la dirección de propagación θ en diferentes entornos. El | Fk | las funciones en el HMM y el aire se indican con líneas azules y naranjas, respectivamente. Las líneas discontinuas rojas y negras indican la dispersión HMM ɷ (kx, kz) y el valor máximo de | Fk |. (C), (d) Propagación unidireccional medida de la metafuente Huygens totalmente eléctrica en un HMM basado en circuitos para (a) y (b), respectivamente. Crédito de la imagen:Z. Guo et al.
Su investigación no solo aborda la necesidad de un esquema de diseño experimental totalmente eléctrico para fotónica de campo cercano, pero también aporta principios de excitación basados en simetría fundamentalmente valiosos. Usando una metafuente de Huygens, los investigadores pudieron observar la excitación unidireccional de los modos de volumen hiperbólico en un HMM plano. Descubrieron que la excitación unidireccional en el espacio libre es la misma que en la dirección vertical, pero opuesto a eso en la dirección horizontal. Estas diferentes características de propagación en direcciones horizontal y vertical son exclusivas de los modos hiperbólicos. Además, los investigadores utilizaron metasfuentes de espín para estudiar la propagación direccional de la luz en una guía de onda hiperbólica plana. Encontraron que para la metafuente de giro que gira en el sentido de las agujas del reloj, sólo se excita el modo guiado que se propaga de derecha a izquierda. Y para la fuente que gira en sentido antihorario, sólo se excita el modo guiado que se propaga de izquierda a derecha.
En general, la investigación avanza en los campos de la ciencia óptica y la comunicación de información, ya que los resultados proporcionan las condiciones necesarias para un enrutamiento fotónico altamente eficiente y verificado experimentalmente. Para aplicaciones emergentes en dispositivos ópticos integrados, así como la transferencia de energía inalámbrica, traspuesta, y filtrando, este trabajo promete un control flexible sin precedentes de la luz de campo cercano.
