Les chercheurs ont utilisé une nouvelle technique pour créer un séparateur de faisceau polarisant pour les ondes térahertz. Crédit :Mittleman lab / Brown University
Des chercheurs de l'Université Brown ont mis au point une nouvelle méthode de manipulation de la polarisation de la lumière aux fréquences térahertz.
La technique utilise des piles de plaques métalliques soigneusement espacées pour faire un diviseur de faisceau polarisant, un dispositif qui divise un faisceau de lumière par ses différents états de polarisation, envoyer de la lumière polarisée verticalement dans une direction et de la lumière polarisée horizontalement dans une autre. Un tel séparateur de faisceau pourrait être utile dans une grande variété de systèmes utilisant le rayonnement térahertz, des systèmes d'imagerie aux futurs réseaux de communication.
Dans le monde de l'imagerie, la capacité de délivrer et de détecter un rayonnement à différentes polarisations pourrait être utile en microscopie térahertz et en caractérisation des matériaux. En communication, les faisceaux polarisés peuvent permettre à plusieurs flux de données d'être envoyés sur le même support sans interférence.
"Cette idée d'empilement de plaques présente des avantages par rapport aux méthodes traditionnelles de manipulation de la polarisation dans la région térahertz, " a déclaré Dan Mittleman, professeur à la Brown's School of Engineering et auteur principal d'un document de recherche décrivant le travail dans la revue Rapports scientifiques . "C'est moins cher et physiquement plus robuste que les autres méthodes, et il est plus polyvalent dans ce qu'il nous permet de faire."
Rajind Mendis, professeur assistant de recherche à Brown, a dirigé les travaux avec Mittleman, Brown étudiant diplômé Wei Zhang et Masaya Nagai, professeur agrégé à l'Université d'Osaka au Japon.
La gamme térahertz est la fauchée du spectre électromagnétique entre les fréquences micro-ondes et infrarouges. Utilisation des ondes térahertz dans des applications technologiques telles que la spectroscopie, sentir, l'imagerie et les communications à très haut débit se développent, et les chercheurs travaillent au développement des composants matériels nécessaires à la construction de ces systèmes térahertz avancés.
La polarisation fait référence à l'orientation des pics et des creux d'une onde électromagnétique au fur et à mesure que l'onde se propage. Si une onde se propage vers vous, les pics et les vallées peuvent être orientés verticalement, horizontalement ou n'importe où entre les deux.
"La polarisation est l'une des propriétés clés de toute onde électromagnétique, ", a déclaré Mittleman. "Être capable de manipuler la polarisation, de la mesurer ou de la modifier, est l'une des capacités importantes dont vous avez besoin dans tout système électromagnétique."
Des chercheurs ont mis au point un nouvel appareil capable de diviser un faisceau de rayonnement térahertz par état de polarisation. Crédit :Mittleman Lab / Université Brown
Dans le domaine de la lumière visible, par exemple, la manipulation de la polarisation est utilisée pour créer des films 3D modernes et pour fabriquer des lunettes de soleil qui réduisent l'éblouissement de la lumière réfléchie. Les lunettes de soleil polarisantes sont fabriquées en disposant des brins de polymère horizontalement dans des verres comme des barres sur une cellule de prison. Ces brins laissent passer la lumière polarisée verticalement, tout en bloquant la lumière polarisée horizontalement, qui est l'état de polarisation dominant de la lumière réfléchie par les surfaces brillantes comme les voitures et l'eau.
Les méthodes existantes de manipulation de la polarisation dans la gamme térahertz sont très similaires à la technique utilisée dans les lunettes de soleil polarisantes, bien qu'à l'échelle des longueurs d'onde beaucoup plus longues de la lumière térahertz par rapport à la lumière visible. Les filtres polarisants pour térahertz sont généralement un réseau de fils métalliques de quelques microns de diamètre et espacés de plusieurs microns.
La nouvelle technique développée par l'équipe de Brown et Osaka remplace les fils par un empilement de plaques d'acier rapprochées. Chaque paire de plaques forme ce qu'on appelle un guide d'ondes à plaques parallèles. Lorsque la lumière térahertz brille sur la pile à un angle de 45 degrés, il divise le faisceau en excitant deux modes de guide d'ondes. Un faisceau de lumière polarisée verticalement traverse directement l'appareil, tandis qu'un autre faisceau de lumière polarisée horizontalement est réfléchi dans un angle de 90 degrés par rapport à l'axe du faisceau d'origine.
La technique présente un certain nombre d'avantages par rapport aux filtres à fil traditionnels, disent les chercheurs. L'architecture en empilement de plaques, qui est connu comme un "diélectrique artificiel, " est facile à faire, et les matériaux sont bon marché. Les plaques sont aussi beaucoup moins fragiles que les fils.
"Le concept de diélectrique artificiel rend également l'appareil plus polyvalent, " a déclaré Mendis. " L'appareil peut être facilement réglé pour une utilisation à différentes fréquences térahertz simplement en changeant la taille des espaceurs séparant les plaques ou en changeant l'angle d'éclairage. "
Un autre avantage est qu'avec l'ajout d'une deuxième structure diélectrique artificielle similaire, les chercheurs ont pu construire un appareil appelé isolateur. Les isolateurs sont utilisés sur les lasers à haute puissance pour empêcher la lumière d'être réfléchie dans un émetteur laser, ce qui pourrait le déstabiliser voire l'endommager. Un isolateur térahertz pourrait être un composant important pour les futurs appareils térahertz à haute puissance.
L'équipe de Brown et Osaka est en train de breveter les nouveaux dispositifs diélectriques artificiels, et les chercheurs espèrent que ces appareils permettront le développement de nouveaux systèmes térahertz avec des capacités bien meilleures.
"Dans tout ce que vous pourriez vouloir faire avec un système optique, il est utile de pouvoir manipuler la polarisation, " Mittleman a dit. " C'est un simple, efficace, moyen efficace et polyvalent de le faire.
