Метаповерхности — это ультратонкие структуры, которые могут изгибать, фокусировать или фильтровать свет. Они меняют представление учёных об оптике. Эти инженерные материалы обеспечивают точный контроль над поведением света, но многие традиционные конструкции ограничены из-за неэффективности. Обычно они полагаются на локальные резонансы внутри отдельных наноструктур, которые часто теряют энергию или плохо работают под широкими углами. Эти недостатки ограничивают их полезность в таких областях, как сенсорика, нелинейная оптика и квантовые технологии.
Недавние исследования сосредоточены на нелокальных метаповерхностях, где взаимодействия между многими элементами создают коллективные оптические эффекты. Эти коллективные эффекты могут более эффективно улавливать свет, создавая более резкие резонансы и сильные взаимодействия с веществом.
Одной из наиболее перспективных возможностей в этой области является разработка фотонных плоских зон, где резонансное поведение остаётся равномерным в широком диапазоне углов обзора.
Другой перспективной областью является создание хиральных откликов, которые позволяют устройствам различать свет с левой и правой круговой поляризацией. Однако до сих пор достижение как плоского, так и хирального поведения с высокой эффективностью на одной платформе оставалось сложной задачей.
В новой работе учёные из Шаньдунского педагогического университета и Австралийского национального университета нашли путь вперёд. Как сообщается в Advanced Photonics, они разработали класс метаповерхностей, сочетающих принципы связанных резонаторных оптических волноводов (CROW) с анизотропными плоскими структурами.
В этих конструкциях массивы слабо связанных оптических волноводов — с преднамеренно нарушенной симметрией — создают фотонные плоские зоны под широкими углами, сохраняя при этом сверхвысокие добротности. Тщательно настроенная поперечная связь волноводов замедляет свет почти до нулевой групповой скорости, что усиливает взаимодействие света с веществом и обеспечивает согласованный резонанс под разными углами падения.
Исследователи пошли ещё дальше, манипулируя симметрией своих метаповерхностей в плоскости. Благодаря этому они продемонстрировали однонаправленные и двунаправленные плоские зоны, реагирующие на линейно поляризованный свет, а также хиральные плоские зоны, реагирующие только на одну «хиральность» круговой поляризации.
Эти достижения, подтверждённые как с помощью моделирования, так и в ходе экспериментов, знаменуют собой первую демонстрацию сосуществования высокодобротных плоских и хиральных эффектов в единой метаповерхности.
Подход предлагает новую основу для создания многофункциональных оптических устройств. Интегрируя физику CROW в проектирование метаповерхностей, команда показывает, как расширить спектр доступных инструментов для управления светом в чрезвычайно малых масштабах. Работа может открыть новые направления в квантовой оптике, передовых сенсорных технологиях, связи и компактных технологиях плоской оптики.
Предоставлено SPIE.