Les dispositifs optiques sont essentiels dans diverses applications militaires et civiles, alors que les dispositifs optiques traditionnels sont encombrants et lourds car ils reposent sur l'accumulation de phase sur un long chemin optique. Dans un article publié dans Avancées scientifiques , Le professeur Xiangang Luo de l'Académie chinoise des sciences et ses collègues ont maintenant démontré que des dispositifs optiques ultrafins et légers pouvaient être construits à l'aide de caténaires à nanostructures, qui étaient généralement utilisés en architecture pour construire des ponts et des arches incroyables.
La caténaire est la courbe qu'une chaîne en suspension libre prend sous son propre poids. C'est une « vraie forme mathématique et mécanique » en architecture, décrit par Robert Hooke dans les années 1670. La caténaire se retrouve dans de nombreuses circonstances. Par exemple, la soie d'une toile d'araignée forme de multiples caténaires élastiques. Les chercheurs utilisent maintenant des structures optiques en forme de caténaire pour convertir la lumière polarisée circulairement en un faisceau à phase hélicoïdale portant un profil de phase linéaire géométrique. Semblable à la « caténaire de force égale, " le gradient de phase de la caténaire optique est partout égal, qui est le résultat direct de sa forme géométrique particulière. La structure caténaire a des applications en optique, architecture, et bien d'autres disciplines. "C'est un résultat direct que nous pourrions construire de nouveaux dispositifs optiques avec une forte similitude avec les structures présentes dans le monde naturel, " dit le professeur Luo.
De nombreuses méthodes antérieures utilisent des nanostructures discrètes pour générer une distribution de phase variant dans l'espace. Les structures discrètes conduisent à une forte résonance, ce qui rend la bande passante de fonctionnement de ces échantillons limitée. Le groupe du Pr Luo utilise donc les structures caténaires continues pour obtenir une bande passante beaucoup plus large. Ils ont démontré que le moment angulaire orbital (OAM) à large bande pouvait être obtenu en utilisant le réseau caténaire. La bande passante de fonctionnement des appareils pourrait couvrir l'ensemble du spectre électromagnétique, y compris les micro-ondes. térahertz, infrarouge, et le régime visible.
Les caténaires pourraient être utilisées comme un bloc de construction unique pour les métasurfaces optiques, qui sont considérés comme la clé des systèmes optiques intégrés de nouvelle génération. Selon la loi de réflexion et de réfraction assistée par métasurface, de nombreux nouveaux éléments optiques, tels que les verres plats, axicones, et prismes, pourraient être obtenus avec des performances bien au-delà de leurs homologues traditionnels.
