KNOXVILLE, TN, 18 juin 2025 /24-7PressRelease/ -- La photonique de spin permet une manipulation optique précise mais se heurte à des contraintes de bande passante. Des chercheurs en Chine ont développé une plateforme métasurface à chemin replié qui réalise un contrôle indépendant de la dispersion et de la phase pour deux états de spin opposés, surmontant ainsi cette barrière fondamentale. Cette innovation permet de réaliser une focalisation achromatique, des effets Hall de spin et des champs vectoriels spatio-temporels en utilisant une seule métasurface, ouvrant de nouvelles voies pour une large gamme d'innovations, du contrôle dynamique des interactions lumière-matière au développement de dispositifs photoniques de spin de nouvelle génération.

La photonique de spin est un domaine innovant et en rapide évolution qui exploite les propriétés de spin et de polarisation des photons pour un traitement et une transmission sophistiqués de l'information, avec des métasurfaces découplées par spin jouant un rôle central dans la manipulation complexe des champs optiques. Les métasurfaces découplées par spin actuelles sont limitées à une opération à bande étroite en raison d'un contrôle insuffisant de la dispersion—les techniques existantes affectent soit les deux états de spin de manière égale, soit ne fonctionnent que pour un seul état de spin. De manière cruciale, la réalisation d'une ingénierie de dispersion indépendante pour des spins opposés à des échelles sublongueurs d'onde reste insaisissable, bloquant les progrès vers un découplage large bande et des dispositifs intégrés.

Dans un nouvel article publié dans Light Science & Applications, une équipe de scientifiques du Laboratoire clé national de science et technologie de manipulation des champs optiques, Institut d'optique et d'électronique, Académie chinoise des sciences, a développé une plateforme métasurface à chemin replié qui permet un contrôle indépendant de la dispersion et de la phase pour deux états de spin opposés, surmontant efficacement les limitations de la photonique de spin dans la réalisation d'un découplage large bande et de niveaux d'intégration plus élevés. Basée sur les métasurfaces, ils démontrent plusieurs capacités qui étaient auparavant inaccessibles avec les métasurfaces traditionnelles, telles que la réalisation d'une focalisation achromatique et d'un effet Hall photonique de spin achromatique, et la génération de champs optiques vectoriels spatio-temporels avec une seule métasurface. La plateforme métasurface ouvre de nouvelles voies pour une large gamme d'innovations, du contrôle dynamique des interactions lumière-matière au développement de dispositifs photoniques de spin de nouvelle génération.

La clé est de modifier la longueur de chemin équivalente en repliant le chemin de la lumière à travers une interférence locale à des échelles sublongueurs d'onde. En ingéniant soigneusement une interférence découplée par polarisation, il est démontré qu'il est possible d'atteindre un contrôle indépendant de la dispersion et une mise en forme polyvalente du front d'onde pour toute paire d'états de polarisation orthogonaux. Ces scientifiques résument le principe de fonctionnement des métasurfaces proposées:

"Plus précisément, les points clés de notre étude sont : (1) La première démonstration d'un contrôle simultané et indépendant à la fois de la dispersion et de la phase pour deux états de spin photoniques opposés en utilisant une seule métasurface ; (2) La première réalisation de l'effet Hall photonique de spin achromatique large bande ; (3) La première réalisation de métalentilles achromatiques large bande basées uniquement sur des méta-atomes rotatifs, sans nécessiter de modifications des géométries structurelles ; (4) La première génération d'un champ optique vectoriel spatio-temporel en utilisant une seule métasurface."

"Notre ingénierie de dispersion via des chemins de lumière repliés représente un changement de paradigme par rapport aux approches métasurface conventionnelles qui reposent sur des modifications de la géométrie structurelle pour un réglage efficace de l'indice de réfraction" ont-ils ajouté.

"Cette plateforme métasurface devrait débloquer des possibilités pour des dispositifs compacts de multiplexage par spin pour diverses applications, telles que l'optique de polarisation large bande, l'encodage d'information et la manipulation des champs optiques spatio-temporels" prévoient les scientifiques.

Références
DOI
10.1038/s41377-025-01839-5

URL de la source originale
https://doi.org/10.1038/s41377-025-01839-5

Informations sur le financement
Ce travail est soutenu par le Programme national clé de recherche et développement de Chine (2023YFB2805800) et la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (62175242 et U20A20217).

À propos de Light: Science & Applications
Le Light: Science & Applications publiera principalement de nouveaux résultats de recherche dans des sujets de pointe et émergents en optique et photonique, ainsi qu'en couvrant des sujets traditionnels en ingénierie optique. La revue publiera des articles originaux et des revues de haute qualité, d'intérêt élevé et de conséquence lointaine.

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