La transformation supersymétrique continue est prescrite simultanément et individuellement à plusieurs états optiques (indiqués par les couleurs :bleu, rouge et vert) pour la mise en forme de mode et le routage dans le métamatériau à gradient d'indice. Le panneau de droite présente les profils de champ d'intensité des états optiques individuels après la transformation. Crédit :Jieun Yim et al
L'optique de transformation a formulé un cadre polyvalent pour modeler le flux de lumière et adapter ses caractéristiques spatiales à volonté. La transformation de coordonnées donne souvent des paramètres de matériaux extrêmes irréalisables même avec des métamatériaux.
Dans un nouvel article publié dans eLight , une équipe de scientifiques, dirigée par le professeur Liang Feng de l'Université de Pennsylvanie, a développé une nouvelle puce capable de transférer différents états optiques pour commuter les flux lumineux. Leur article, intitulé "Transformation supersymétrique continue à large bande :un nouveau paradigme pour l'optique de transformation", cherche à fournir une stratégie adaptable pour apprivoiser le flux de lumière.
Les tentatives de courber la lumière à la demande et de transformer arbitrairement ses caractéristiques spatiales sont enracinées dans les fondamentaux de l'électromagnétisme. L'invariance de forme des équations de Maxwell sous les transformations de coordonnées a conduit à la formulation de l'optique de transformation. Leur équivalence permet le réarrangement des champs électromagnétiques dans un système de coordonnées donné. Il a laissé des voies ouvertes à une série de fonctionnalités intrigantes telles que le camouflage d'invisibilité et l'optique d'illusion.
Les métamatériaux ont une excellente flexibilité de conception et permettent une large gamme de propriétés optiques. La réalisation expérimentale de l'optique de transformation est dans l'impasse depuis une décennie en raison de l'extrémité optique et de la singularité résultant souvent de la transformation. Par conséquent, de nouveaux schémas d'optique de transformation avec des valeurs de paramètres à large bande dans des limites réalisables sont essentiels.
Par exemple, la cartographie conforme avec l'indice de réfraction local variable dans l'espace a été démontrée. Cette technique peut effectuer la transformation de coordonnées à l'aide de nanostructures Si inhomogènes. Il peut fournir un contrôle de front de phase délicat pour le masquage de tapis multicolores. Cette approche a élucidé la possibilité d'exploiter le gradient-index (GRIN) pour déformer l'espace. Cependant, un changement paradigmatique au-delà de la transformation de coordonnées traditionnelle est en outre nécessaire pour obtenir des fonctionnalités plus riches autres que la flexion des trajectoires.
Ici, l'équipe de recherche adopte une approche différente de l'optique de transformation conventionnelle :l'observation de l'hamiltonien du système en transformation. L'invariance de l'hamiltonien sous opération de symétrie nous donne un aperçu de la façon dont un système peut être transformé avec une quantité conservée. En particulier, la supersymétrie (SUSY) présente les spectres d'énergie propre dégénérés entre deux hamiltoniens distincts, ce qui a facilité le contrôle avancé des caractéristiques spatiales de la lumière.
Le couplage stratégique entre le système optique d'origine et son superpartenaire dissipatif a déclenché des applications intrigantes telles que les réseaux de microlasers monomodes à haute radiance et le multiplexage par répartition modale. Ces études expérimentales précédentes sont basées sur des hamiltoniens de réseau, qui peuvent être factorisés via une opération matricielle. Par conséquent, ils ont construit des systèmes composés de nombreux éléments discrets couplés correspondant à des guides d'ondes ou des résonateurs couplés.
En revanche, la méthode étendue de SUSY qui peut générer un nombre infini de potentiels strictement isospectraux est restée expérimentalement inexplorée car elle nécessite une approche intrinsèquement différente pour réaliser des potentiels arbitraires. Dans le même temps, son cadre mathématique est idéal pour la transformation hamiltonienne continue afin de permettre un scénario distinct pour l'optique de transformation.
L'équipe de recherche a rapporté la première démonstration expérimentale de la transformation SUSY continue en concevant un nouveau métamatériau GRIN sur une plate-forme Si. L'idée est de construire un métamatériau capable d'émuler des potentiels arbitraires pour obtenir un contrôle avancé de la lumière en transformant le support optique sous supersymétrie.
Ils ont utilisé la synergie de la supersymétrie et du métamatériau pour concevoir une permittivité diélectrique variant dans l'espace. Il constituait une carte bidimensionnelle où des transformations arbitraires sont prescrites simultanément à plusieurs états optiques pour le routage, la commutation et la mise en forme du mode spatial, tout en maintenant strictement leurs constantes de propagation d'origine. Leur résultat comportait une optique de transformation SUSY continue à large bande. L'interaction de la supersymétrie et d'un métamatériau démontrée dans cette étude a éclairé une nouvelle voie pour utiliser pleinement les degrés de liberté spatiaux d'une puce pour des fonctionnalités photoniques polyvalentes.
L'approche de transformation SUSY continue de l'équipe est évolutive à un plus grand nombre d'états propres et de paramètres libres. Il s'applique à une distribution d'index plus compliquée, créant une plate-forme idéale pour le multiplexage spatial sur puce dans les technologies de l'information. De plus, étendre davantage la transformation SUSY dans des dimensions plus élevées peut fournir une stratégie de conception pour exploiter tout le potentiel des métamatériaux dans l'espace tridimensionnel. Créer l'invisibilité avec des matériaux supraconducteurs
