Con el fin de ampliar las aplicaciones basadas en la óptica, los investigadores de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD) han diseñado una novedosa metasuperficie quiral no lineal que podría generar luz polarizada circularmente más fácilmente. Esta investigación permitirá miniaturizar los dispositivos ópticos para la habilitación de tecnologías de comunicación avanzadas o de obtención de imágenes médicas.
La luz polarizada circularmente a izquierda y derecha, en la que las ondas electromagnéticas se desplazan en espiral en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj, desempeña un papel crucial en una amplia gama de aplicaciones. Sin embargo, la generación de luz polarizada circularmente a menudo requiere configuraciones ópticas complejas y voluminosas, lo que dificulta su uso en sistemas con limitaciones de espacio.
Para abordar este desafío, los investigadores de la SUTD han propuesto un nuevo tipo de metasuperficie (un material ultrafino con propiedades que no se encuentran en la naturaleza) que podría reemplazar las configuraciones ópticas tradicionales, complejas y voluminosas.
La metasuperficie propuesta por el equipo presenta quiralidad, lo que la hace diferente de los materiales utilizados en configuraciones tradicionales. La quiralidad de un objeto significa que no se puede superponer a su imagen especular. Los objetos quirales existen en dos formas distintas que son imágenes especulares una de la otra.
Transformación de la luz
La característica clave de las nanoestructuras ópticas quirales, como las metasuperficies, es su respuesta notablemente diferente a las polarizaciones circulares izquierda y derecha de la luz. Los investigadores han demostrado que una combinación de dos propiedades geométricas peculiares, la quiralidad y la simetría rotacional, dentro de una metasuperficie no lineal permite un mecanismo de generación de luz polarizada circularmente a partir de una excitación óptica arbitraria.
La no linealidad de la metasuperficie es esencial en esta transformación de la luz. Una metasuperficie lineal filtraría la luz entrante y permitiría que pasara solo la polarización específica de la luz. Por otro lado, una metasuperficie no lineal no solo selecciona y amplifica una polarización circular específica, sino que también la convierte en luz polarizada circularmente a una frecuencia completamente diferente. Por ejemplo, un material no lineal puede convertir la luz visible en radiación ultravioleta, que es de un rango de frecuencia diferente. Esta capacidad de conversión ascendente de frecuencia, combinada con la quiralidad inherente de la metasuperficie, permite que la metasuperficie produzca de manera efectiva luz polarizada circularmente a rangos de frecuencia específicos.
Esto abre las puertas a una amplia gama de aplicaciones, con un inmenso potencial para la futura miniaturización de dispositivos ópticos. También podría encontrar aplicaciones en la detección quiral, la espectroscopia de dicroísmo circular de nuevos materiales y biomoléculas, que tienen implicaciones de gran alcance en campos tan diversos como la medicina y la física cuántica.