Исследователи из Гарвардского университета разработали метаповерхность, которая может заменить собой несколько двулучепреломляющих материалов. Она позволяет управлять поляризацией света в широком интервале значений. Свою работу ученые опубликовали в журнале Science Advances.

Поляризация отражает направление колебания волны излучения относительно направления ее движения. Двулучепреломляющие материалы, которые могут изменять поляризацию света, используются во всем: от цифровых будильников до медицинской диагностики, связи и астрономии.

Так же, как поляризация света может быть линейной или эллиптической, материалы могут быть линейно или эллиптически двулучепреломляющими. Сегодня большинство двулучепреломляющих материалов по своей природе линейны, а это означает, что они могут управлять поляризацией только в ограниченном диапазоне. Если вы хотите расширить этот диапазон, вам нужно укладывать несколько двулучепреломляющих материалов поверх друг друга, что делает такие устройства громоздкими и неэффективными.

Теперь ученые представили новый тип двулучепреломляющих материалов, который может заменить сразу несколько поверхностей с линейной поляризацией. Новая метаповерхность представляет собой массив нанопор, расположенных друг от друга на расстоянии менее длины волны.

Они могут выполнять целый ряд задач, включая манипулирование фазой, амплитудой и поляризацией света. В прошлых работах исследователи создавали эти поверхности, уделяя внимание только геометрическим формам, а не параметрам конструкции.

В новой работе команда использовала новый метод проектирования, известный как топологическая оптимизация. Он идет по обратному пути: вы задаете программе те параметры поверхности, которые хотите получить, после чего она сама высчитывает условия синтеза. Ученые создали такую программу и завели в нее необходимые данные. Результат оказался неожиданным. Вместо аккуратно упорядоченных прямоугольных столбиков метаповерхность оказалась состоящей из вложенных полукругов, напоминающих смайлики.

Zhujun Shi/Harvard SEAS

Однако эти странные формы открыли целый новый мир двулучепреломляющих материалов. Они могут использоваться для управления поляризацией в широких пределах, например преобразуя линейную поляризацию в любую желаемую эллиптическую. Также поляризацию света с помощью таких метаповерхностей можно настроить, изменяя угол входящего света.