Propagation unidirectionnelle réversible des modes hyperboliques. Crédit :Z. Guo et al.
La lumière en champ proche est une lumière invisible à l'échelle des sous-longueurs d'onde. Exploité pour une variété d'applications pratiques, tels que le transfert d'énergie sans fil, la lumière en champ proche joue un rôle de plus en plus important dans le développement de dispositifs photoniques miniatures sur puce. Le contrôle de la direction de la propagation de la lumière en champ proche est un défi permanent qui présente un intérêt fondamental en physique photonique et peut faire progresser considérablement une variété d'applications.
Jusque là, la propagation de la lumière en champ proche dans une seule direction est réalisée par des interactions spécifiques entre le dipôle électrique et le dipôle magnétique dans un système, ce qui a conduit à des complexités inévitables dans la conception des appareils. Les métamatériaux hyperboliques (HMM), une classe importante de matériaux artificiels anisotropes à contours hyperboliques isofréquences, ont attiré l'attention en raison de leur capacité unique à contrôler la lumière en champ proche en permettant le confinement sous la longueur d'onde des ondes électromagnétiques. Les grands modes de vecteur d'onde dans les HMM sont particulièrement intéressants car ces modes sont plus faciles à intégrer et ont une plus petite perte d'énergie au transfert.
Comme indiqué dans Photonique avancée , des chercheurs de l'université de Tongji en Chine ont récemment démontré un schéma tout électrique capable de contrôler de manière flexible la direction de propagation de la lumière en champ proche. Ils ont signalé une excitation unidirectionnelle anormale des modes hyperboliques avec un grand vecteur d'onde à des échelles de sous-longueur d'onde. D'après leurs recherches, le couplage sélectif en champ proche dans les HMM est permis par des dipôles électriques discrets avec différentes phases, qui servent de métasource composée de composants entièrement électriques et avec une liberté interne associée à la symétrie.
Excitation unidirectionnelle de modes massifs hyperboliques à l'aide d'une métasource Huygens tout électrique :(a) (b) Facteur d'excitation calculé de |Fk| la métasource Huygens tout électrique en fonction de la direction de propagation θ dans différents contextes. Le |Fk| les fonctions dans le HMM et l'air sont indiquées par des lignes bleues et oranges, respectivement. Les lignes pointillées rouges et noires indiquent la dispersion HMM (kx, kz) et la valeur maximale de |Fk|. (c), (d) Propagation unidirectionnelle mesurée de la métasource Huygens tout électrique dans un HMM à circuit pour (a) et (b), respectivement. Crédit image :Z. Guo et al
Leurs recherches répondent non seulement au besoin d'un schéma de conception expérimentale tout électrique pour la photonique en champ proche, mais contribue également à des principes d'excitation basés sur la symétrie fondamentalement précieux. En utilisant une métasource Huygens, les chercheurs ont pu observer l'excitation unidirectionnelle des modes de volume hyperboliques dans un HMM plan. Ils ont constaté que l'excitation unidirectionnelle dans l'espace libre est la même que dans la direction verticale, mais opposé à celui dans le sens horizontal. Ces différentes caractéristiques de propagation dans les directions horizontale et verticale sont propres aux modes hyperboliques. En outre, les chercheurs ont utilisé des métasources de spin pour étudier la propagation directionnelle de la lumière dans un guide d'ondes hyperbolique plan. Ils ont trouvé que, pour la métasource de spin tournant dans le sens des aiguilles d'une montre, seul le mode guidé se propageant de droite à gauche est excité. Et pour la source tournant dans le sens antihoraire, seul le mode guidé se propageant de gauche à droite est excité.
Globalement, la recherche fait progresser les domaines de la science optique et de la communication de l'information, car les résultats fournissent les conditions nécessaires pour un routage photonique hautement efficace et vérifié expérimentalement. Pour les applications émergentes dans les dispositifs optiques intégrés, ainsi que le transfert d'énergie sans fil, commutation, et filtrage, ce travail promet un contrôle flexible sans précédent de la lumière en champ proche.
