Controllo della luce all’interno di nuove strutture fotoniche
Nell’ultimo decennio, il controllo attivo dei campi ottici con vari mezzi fotonici è stato di grande interesse per la ricerca fondamentale e applicata. Con la loro capacità di dividere, piegare e memorizzare la luce, i nuovi tipi di supporti fotonici, tra cui cristalli fotonici, metamateriali o materiali plasmonici, possono dotare la luce di nuovi gradi di libertà. È possibile studiare una gamma di modelli di luce complessi, come per esempio fasci accelerati, fasci privi di diffrazione, vortici ottici portatori di luce e momento angolare orbitale, il che apre la strada a interessanti applicazioni per i sistemi di comunicazione, informazione quantistica ed elaborazione dei segnali su chip. Nell’ambito del progetto STRUCTURED LIGHT (Structured light in photonics media), finanziato dall’UE, gli scienziati sono riusciti a controllare la luce attraverso nuovi metodi fondamentali. Il focus è stato posto sulla dimostrazione delle proprietà di propagazione della luce quando viene intrappolata all’interno di isolanti topologici, viaggiando nello spazio curvo o sotto campi di gauge artificiali. I reticoli di quasicristalli sono serviti come nuovo mezzo fotonico per studiare la propagazione della luce in quanto agli isolanti topologici. Con particolare attenzione allo studio relativo al trasporto dello stato di confine, gli scienziati hanno indicato che è possibile memorizzare, liberare e diffondere stati di confine topologico in bande piatte che consentono nuovi metodi per il controllo della luce topologica. Il trasporto protetto a livello topologico è stato inoltre dimostrato in relazione a reticoli fotonici con simmetria di riflessione dello spazio-tempo. In base a questi risultati, gli scienziati hanno proposto il primo sistema topologico a luce laser, un importante passo nell’integrazione delle proprietà topologiche per i dispositivi ottici. Utilizzando superfici sferiche, il team ha dimostrato il modo in cui la luce si propaga negli spazi curvi. La luce priva di diffrazione si proietta con lobi di accelerazione propagati su traiettorie totalmente diverse dalla linea retta, da un punto A a un punto B. Gli scienziati hanno inoltre dimostrato che modificando la curvatura di una nuova classe di strutture 3D nanofotoniche è possibile controllare la traiettoria della luce, il tasso di diffrazione e la velocità di fase e di gruppo. Per la prima volta, gli scienziati hanno dimostrato come la luce si propaga nelle strutture composite sotto campi di gauge artificiali. Questo nuovo schema di guida d’onda ottica permette di confinare e manipolare la luce all’interno di chip. Nel complesso, il team del progetto STRUCTURED LIGHT ha studiato nanostrutture ottiche innovative che permettono il controllo e la manipolazione della luce. I risultati del progetto stanno fornendo nuove opportunità per una gamma di applicazioni quali sistemi di informazione e comunicazione, microscopia e microlavorazioni.
Parole chiave
Controllo della luce, strutture fotoniche, STRUCTURED LIGHT, isolanti topologici, campi di gauge artificiali
