Cuando un espejo normal refleja luz polarizada circularmente, invierte el estado de giro de la luz. A diferencia de, el metaespejo quiral conserva uno de los dos estados de giro cuando refleja la luz polarizada circularmente, mientras absorbe el otro estado de giro. Crédito:Kang et al. © 2017 Sociedad Química Estadounidense
(Phys.org) —Los investigadores han diseñado un nuevo tipo de espejo que refleja la luz de una manera completamente diferente a la de los espejos convencionales. El nuevo espejo llamado meta-espejo quiral, tiene aplicaciones potenciales para el procesamiento de información con luz, películas en 3D de próxima generación, y otras tecnologías que manipulan la luz de formas novedosas.
Los investigadores, dirigido por Wenshan Cai en el Instituto de Tecnología de Georgia, han publicado un artículo sobre el meta-espejo quiral en un número reciente de Nano letras .
Las propiedades reflectantes no convencionales del nuevo espejo surgen de la forma en que el espejo responde a la luz polarizada circularmente. Las ondas de luz están compuestas por campos eléctricos y magnéticos, y cuando el campo eléctrico viaja ligeramente detrás del campo magnético o viceversa, la onda de luz se mueve a lo largo de una trayectoria helicoidal a través del tiempo, y esto se llama luz polarizada circularmente. La mayor parte de la luz que nos rodea como la luz del sol y las bombillas, no está polarizado, pero puede polarizarse al pasar a través de un filtro de polarización.
Una onda de luz polarizada circularmente puede viajar en sentido horario (derecha) o antihorario (izquierda), que está determinada por una propiedad física intrínseca de la luz llamada momento angular de espín y, como consecuencia, se llama estado de giro de la luz. La principal diferencia entre el nuevo espejo y los espejos convencionales es cómo cada uno responde a los estados de giro de la luz polarizada circularmente.
Cuando un haz de luz polarizada circularmente llega a un espejo convencional, el espejo invierte el estado de giro del rayo, de modo que la luz que refleja hacia afuera tiene el giro opuesto al de la luz que entra. Para muchas aplicaciones, esta propiedad no plantea ningún problema, y de hecho, los espejos son uno de los componentes más importantes de muchos dispositivos ópticos. Sin embargo, para ciertas aplicaciones nuevas, como el procesamiento de información fotónica en el que los estados de giro de la luz transportan datos, es importante mantener y controlar los estados de giro cuando se reflejan en espejos.
El nuevo metaespejo quiral hace casi lo contrario de un espejo convencional con respecto a los estados de giro. En lugar de reflejar el estado de giro opuesto, refleja el mismo estado de giro de un haz incidente polarizado circularmente, pero solo para un estado de giro. Cuando un rayo con el estado de giro opuesto llega al espejo, el espejo absorbe completamente esa luz. Entonces, el resultado final es que el espejo refleja solo la luz con un estado de giro, ya sea rayos polarizados circularmente hacia la izquierda o hacia la derecha, pero no ambos.
Comparación de imágenes microscópicas del metaespejo quiral iluminado por la derecha polarizada circularmente, lineal, y ondas de luz polarizadas circularmente a la izquierda. Crédito:Kang et al. © 2017 Sociedad Química Estadounidense
"Ofrecemos la capacidad de preservar los estados de giro de una onda óptica tras la reflexión de un metaespejo quiral, "Cai dijo Phys.org . "En marcado contraste con una superficie reflectante normal, el meta-espejo quiral opera absorbiendo un estado de giro, mientras permite que el otro se refleje con el mismo estado de giro que el de la onda incidente ".
Si bien la mayoría de los espejos convencionales están hechos de metales comunes, como una fina película de plata cubierta por una pieza de vidrio más gruesa, ningún material natural conocido tiene la propiedad quiroptica exhibida por el nuevo espejo. Por esta razón, los investigadores fabricaron el nuevo espejo a partir de un material artificial, un metamaterial con una geometría a nanoescala diseñado específicamente para exhibir esta propiedad. El meta-espejo consiste en una película delgada perforada por una serie de agujeros asimétricos, y esta asimetría contribuye a la respuesta quiroptica no convencional.
"Metamateriales, que ofrecen manipulación de la luz a nanoescala, puede lograr una alteración de la polarización en longitudes de propagación de solo un par de cientos de nanómetros, "Dijo Cai.
Los investigadores señalan que el metaespejo quiral es relativamente fácil de fabricar, y esperan que tenga aplicaciones en transmisión óptica de datos y otras tecnologías que planean investigar más a fondo en el futuro.
"Algunas de las formas más comunes de enviar datos a través de medios ópticos son por división de tiempo o multiplexación de longitud de onda, "Dijo Cai." Sin embargo, a medida que crece la demanda de anchos de banda de datos cada vez mayores, se necesita un mayor grado de multiplexación. En términos de comunicaciones ópticas, El control de polarización abre otro paradigma para la multiplexación y el manejo de datos. La capacidad de nuestro meta-espejo para preservar un estado de giro incidente ayudará en el desarrollo de estos sistemas sensibles a la polarización.
"Los meta-espejos quirales también se pueden utilizar para aplicaciones en detección quiroptica, análisis de señales quirales, e incluso puede formar parte de la próxima generación de películas en 3-D. La mayoría de las películas en 3-D se basan en la mano derecha e izquierda de la luz polarizada circularmente que pasa a través de las gafas que usamos en los cines. Con esta distinción de polarización a mano, los meta-espejos quirales podrían incluso encontrar utilidad en esta industria ".
© 2017 Phys.org
