Lorsqu'un miroir ordinaire réfléchit la lumière polarisée circulairement, il inverse l'état de rotation de la lumière. En revanche, le méta-miroir chiral préserve l'un des deux états de spin lors de la réflexion de la lumière polarisée circulairement, tout en absorbant l'autre état de spin. Crédit :Kang et al. ©2017 Société chimique américaine
(Phys.org)—Les chercheurs ont conçu un nouveau type de miroir qui reflète la lumière d'une manière complètement différente de celle des miroirs conventionnels. Le nouveau miroir, appelé méta-miroir chiral, a des applications potentielles pour le traitement de l'information avec la lumière, films 3D de nouvelle génération, et d'autres technologies qui manipulent la lumière de nouvelles manières.
Les chercheurs, dirigé par Wenshan Cai au Georgia Institute of Technology, ont publié un article sur le méta-miroir chiral dans un récent numéro de Lettres nano .
Les propriétés réfléchissantes non conventionnelles du nouveau miroir découlent de la manière dont le miroir réagit à la lumière polarisée de manière circulaire. Les ondes lumineuses sont composées de champs électriques et magnétiques, et lorsque le champ électrique se déplace légèrement derrière le champ magnétique ou vice versa, l'onde lumineuse se déplace le long d'une trajectoire hélicoïdale dans le temps, et c'est ce qu'on appelle la lumière polarisée circulairement. La plupart de la lumière autour de nous, comme la lumière du soleil et les ampoules, est non polarisé mais peut se polariser en passant à travers un filtre de polarisation.
Une onde lumineuse polarisée circulairement peut se déplacer dans le sens des aiguilles d'une montre (à droite) ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (à gauche), qui est déterminé par une propriété physique intrinsèque de la lumière appelée moment cinétique de spin et, par conséquent, est appelé l'état de spin de la lumière. La principale différence entre le nouveau miroir et les miroirs conventionnels réside dans la façon dont chacun réagit aux états de spin de la lumière polarisée circulairement.
Lorsqu'un faisceau lumineux polarisé circulairement atteint un miroir conventionnel, le miroir inverse l'état de rotation du faisceau, de sorte que la lumière qu'il réfléchit a la rotation opposée à celle de la lumière qui entre. Pour de nombreuses applications, cette propriété ne pose aucun problème, et en fait, les miroirs sont l'un des composants les plus importants de nombreux dispositifs optiques. Cependant, pour certaines nouvelles applications telles que le traitement de l'information photonique dans lequel les états de spin de la lumière véhiculent des données, il est important de maintenir et de contrôler les états de spin lorsqu'ils sont réfléchis par des miroirs.
Le nouveau méta-miroir chiral fait presque le contraire d'un miroir conventionnel en ce qui concerne les états de spin. Au lieu de refléter l'état de spin opposé, il réfléchit le même état de spin d'un faisceau incident polarisé circulairement, mais seulement pour un état de spin. Lorsqu'un faisceau avec l'état de spin opposé arrive au miroir, le miroir absorbe complètement cette lumière. Ainsi, le résultat final est que le miroir ne réfléchit que la lumière avec un seul état de spin - des faisceaux polarisés circulairement à gauche ou à droite, mais pas les deux.
Comparaison d'images microscopiques du méta-miroir chiral éclairé par polarisation circulaire droite, linéaire, et à gauche des ondes lumineuses polarisées circulairement. Crédit :Kang et al. ©2017 Société chimique américaine
"Nous offrons la possibilité de préserver les états de spin d'une onde optique lors de la réflexion d'un méta-miroir chiral, " Cai a dit Phys.org . " En contraste frappant avec une surface réfléchissante régulière, le méta-miroir chiral fonctionne en absorbant un état de spin, tout en permettant à l'autre d'être réfléchie avec le même état de spin que celui de l'onde incidente."
Alors que la plupart des miroirs conventionnels sont faits de métaux communs, comme une fine pellicule d'argent recouverte d'un morceau de verre plus épais, aucun matériau naturel connu n'a la propriété chiroptique présentée par le nouveau miroir. Pour cette raison, les chercheurs ont fabriqué le nouveau miroir à partir d'un matériau artificiel, un métamatériau avec une géométrie à l'échelle nanométrique spécialement conçu pour présenter cette propriété. Le méta-miroir est constitué d'un film mince perforé par un réseau de trous asymétriques, et cette asymétrie contribue à la réponse chiroptique non conventionnelle.
"Les métamatériaux, qui offrent une manipulation de la lumière à l'échelle nanométrique, peut obtenir une altération de la polarisation dans des longueurs de propagation de quelques centaines de nanomètres seulement, " dit Cai.
Les chercheurs notent que le méta-miroir chiral est relativement facile à fabriquer, et ils s'attendent à ce qu'il ait des applications dans la transmission de données optiques et d'autres technologies qu'ils prévoient d'approfondir à l'avenir.
"Certaines des façons les plus courantes d'envoyer des données par des moyens optiques sont le multiplexage temporel ou en longueur d'onde, " dit Cai. " Cependant, à mesure que la demande d'augmentation des bandes passantes de données augmente, un degré de multiplexage plus élevé est nécessaire. En termes de communications optiques, le contrôle de polarisation ouvre un autre paradigme pour le multiplexage et le traitement des données. La capacité de notre méta-miroir à préserver un état de spin incident aidera au développement de ces systèmes sensibles à la polarisation.
« Les méta-miroirs chiraux peuvent également être utilisés pour des applications de détection chiroptique, analyse de signaux chiraux, et peut même jouer un rôle dans la prochaine génération de films en 3D. La plupart des films en 3D reposent sur le côté droitier et gaucher de la lumière polarisée circulairement qui traverse les lunettes que nous portons dans les cinémas. Avec cette distinction de polarisation à portée de main, les méta-miroirs chiraux pourraient même trouver une utilité dans cette industrie."
© 2017 Phys.org
