Круговая поляризация без фильтра
Свет с круговой поляризацией, который используется, например, в трехмерном кинематографе, отличается тем, что вектор электрического поля в такой электромагнитной волне вращается вокруг своей оси. Обычно его получают, пропуская волну через оптический фильтр. Однако теперь команда ученых из Японии разработала небольшое устройство, само по себе излучающее свет с круговой поляризацией. Если в будущем получится усовершенствовать предложенную технологию, она сможет с успехом применяться в устройствах биохимического контроля над синтезом белка или для управления отдельными электронами в спинтронике.
Как было отмечено выше, вектор электрического поля света с круговой поляризацией вращается на подобии секундной стрелки часов. Благодаря этому электромагнитные волны с круговой поляризацией находят массу практических применений. К примеру, биохимики используют такой свет для управления синтезом аминокислот и других молекул со свойством хиральности (отсутствием симметрии относительно зеркального отражения). Кроме того, физики используют круговую поляризацию для управления спиновым состоянием электронов в устройствах, принцип действия которых основан не на заряде электрона, а именно на его спине.
Обычный свет может быть представлен как смесь двух волн с противоположной круговой поляризацией (поляризацией по часовой стрелке и против нее). Чтобы выделить «чистый» циркулярно-поляризованный свет (свет определенной круговой поляризации), волны пропускают через фильтр, который поглощает один тип поляризации, пропуская другой. Подобные фильтры изготавливаются достаточно легко, но они малоэффективны, т.к. при этом поглощается половина излучения. Известно, что жидкие кристаллы излучают свет с круговой поляризацией, кроме того, при использовании магнитного поля круговой может стать поляризация излучения некоторых полупроводников. Однако подобные системы достаточно сложны для конструирования и видоизменения, поэтому до сих пор не нашли широкого применения на практике.
Для создания более компактного источника электромагнитных волн с круговой поляризацией, ученые из University of Tokyo (Япония) предложили так называемые плоские хиральные наноструктуры – двумерные массивы наноструктур, не обладающих зеркальной симметрией. Для своего устройства они выбрали повторяющуюся в пространстве спиралеобразную структуру с определенным «рисунком», имеющую толщину порядка 1 микрона и ширину около 0,5 микрона, созданную на поверхности полупроводника (арсенида галлия). Более подробно результаты работы приведены в журнале Physical Review Letters.
Ранее уже сообщалось о том, что подобные поверхности вращают поляризацию отраженного от них света. Но в предложенной конструкции чуть ниже наноструктур ученые включили слой квантовых точек, излучающих неполяризованный свет. При возбуждении внешним лазерным излучением слоя квантовых точек, волны, эмитированные точками, проходят через наноструктуру, приобретая круговую поляризацию на 26%.
Было бы естественным шагом предположить, что хиральные наноструктуры действуют в данном случае как фильтр поляризации. Однако группа показала, что это не так. Хиральные наноструктуры здесь действуют как своего рода «микровпадины», не фильтруя свет, а определяя, то, какую поляризацию могут иметь эмитированные квантовыми точками электромагнитные волны. Вычислительные эксперименты, построенные на этой модели, полностью соответствуют экспериментальным результатам. Таким образом, новая техника позволяет получить поляризованный свет без какой-либо потери фотонов.
Круговая поляризация пока далека от 100%, но ученые предполагают, что техника может быть усовершенствована.
