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Forscher aus der Gruppe von Peter Banzer vom Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts (MPL) zeigen nun in einem Artikel in der Zeitschrift Science Advances der AAAS, wie aktive oder passive lineare elektrische Dipolemitter als Quellen zirkular polarisierter Lichtwellen genutzt werden können, die sich auf das Fernfeld ausbreiten. "Diese Forschung wirft ein neues Licht auf die verborgenen Eigenschaften der grundlegenden Quellen elektromagnetischer Strahlung", sagt Sergey Nechayev, einer der Autoren.

Die vom MPL-Team vorgestellten Ergebnisse ebnen den Weg zur Erzeugung von chiralem Licht aus linearen elektrischen Dipolquellen wie Quantenpunkten, Farbstoffmolekülen oder anderen Emittern. Diese Erkenntnisse werden praktische Auswirkungen auf eine Vielzahl zukünftiger nanophotonischer Technologien haben, die von der Mikroskopie und Sensorik bis hin zur Quanteninformationsverarbeitung reichen.

Dipolare Lichtquellen

Die grundlegendste Quelle der elektromagnetischen Strahlung besteht aus zwei entgegengesetzten elektrischen Ladungen, die entlang einer geraden Linie mit einer Frequenz ω oszillieren - einem oszillierenden elektrischen Dipol. Es ist anzunehmen, dass die von einem oszillierenden linearen elektrischen Dipol emittierte elektromagnetische Strahlung ebenfalls linear polarisiert ist, was bedeutet, dass die Richtung des elektrischen Feldes der emittierten Wellen entlang einer bestimmten Linie schwingt. Wenn das emittierte Licht weit von der Quelle entfernt gemessen wird, ist das beobachtete Feld nämlich streng linear polarisiert. Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn das elektrische Feld in unmittelbarer Nähe oder im "Nahfeld" der Quelle gemessen wird. Die extrem komplexe Natur der Maxwell-Gleichungen besagt, dass im Nahfeldbereich eines linearen Dipols das elektrische Feld strukturiert ist und in verschiedene Richtungen zeigt, indem es während einer Periode der Schwingung eine Ellipse oder sogar einen Kreis zeichnet. Diese elliptisch oder zirkular polarisierten Felder bleiben jedoch auf einen wellenlängengroßen Bereich um den Dipol herum beschränkt und breiten sich nicht auf das Fernfeld aus.

Um zirkular polarisierte Emissionen zu erzeugen, platzierten die Wissenschaftler lineare elektrische Dipole in der Nähe eines dielektrischen Substrats mit höherem Brechungsindex, das einen Teil des nicht sich ausbreitenden Nahfelds in fernfeldweit ausbreitendes Licht umwandelt. Sie bestätigten ihre Ergebnisse in einem nanophotonischen Experiment, bei dem ein linear oszillierender elektrischer Dipol in einem sphärischen Goldnanopartikel durch einen externen Lichtstrahl induziert wird. Darüber hinaus schlugen sie eine praktische Konfiguration vor und überprüften sie numerisch, in der zirkular polarisierte Wellen, die von einem linearen elektrischen Dipol erzeugt wurden, direkt mit lichtleitenden Strukturen gekoppelt werden konnten.

Weitere Informationen finden Sie im Artikel Science Advances "Emission von zirkular polarisiertem Licht durch einen linearen Dipol" (http://doi.org/10.1126/sciadv.aav7588).