متاسرفیس قابل تنظیم مجدد نور نامنسجم را در کمتر از یک پیکو ثانیه هدایت می کند

متاسرفیس قابل تنظیم مجدد نور نامنسجم را در کمتر از یک پیکو ثانیه هدایت می کند

تمبر زمان: 26 آوریل 2023، 12:15 بعد از ظهر

چراغ ناهماهنگ فرمان
کمیته راهبری: پراساد ایر (راست) و ایگال برنر با برخی از تجهیزات نوری که برای آزمایش‌های هدایت پرتو در آزمایشگاه ملی ساندیا استفاده کردند.
(تقدیم: Craig Fritz/Sandia National Laboratories)

محققان آمریکایی با استفاده از آخرین پیشرفت‌ها در متاسطحها و نانوفتونیک، منبع نور جدیدی طراحی کرده‌اند که می‌تواند پرتوهای نور نامنسجم را در بازه‌های زمانی بسیار کوتاه هدایت کند. توسعه یافته توسط ایگال برنر و همکارانش در آزمایشگاه ملی ساندیا در نیومکزیکو، منبع دارای یک فراسطح قابل تنظیم مجدد است که با نقاط کوانتومی تعبیه شده است. با توسعه بیشتر، این مفهوم می تواند برای بهبود نمایشگرهای واقعیت مجازی، حسگرهای وسایل نقلیه خودران و سیستم های روشنایی مورد استفاده قرار گیرد.

یک فراسطح نوری شامل الگویی از اجزای کوچک است که هر یک با نور تعامل دارند. خواص نوری یک متاسطح از اثر جمعی این اجزا ناشی می شود و می توان از متاسرفیس ها برای ایجاد اجزای نوری مفید مانند لنزهای تخت استفاده کرد. متاسرفیس های قابل تنظیم مجدد دارای ویژگی های نوری هستند که می توان آنها را به روش های کنترل شده تغییر داد و حتی کاربردهای احتمالی بیشتری را باز می کند.

اخیراً، محققان فراسطحی‌های قابل تنظیم مجددی ایجاد کرده‌اند که می‌توانند نور لیزر را به جهات خاصی هدایت کنند. این امکان پذیر بود زیرا نور لیزر منسجم است - تمام نور در فاز و در طول موج یکسان است.

با این حال، این فرمان پرتو برای نور نامنسجمی که از منابع روزمره مانند LED ها و لامپ های رشته ای ساطع می شود، به دست نیامده است. برنر توضیح می‌دهد: «در حال حاضر هیچ «دستگاهی» وجود ندارد که بتواند نوری را مانند یک LED منتشر کند و به طور پویا انتشار را به یک جهت خاص هدایت کند.

نقاط کوانتومی

تیم Sandia در مطالعه خود با طراحی یک فراسطح جدید این نقص را برطرف کردند. طراحی آنها دارای یک متاسطح جاسازی شده با نقاط کوانتومی است که روی یک آینه انکساری براگ قرار گرفته است. این آینه ای است که از چندین لایه مرتب شده با ضرایب شکست متفاوت تشکیل شده است. آینه براگ نور را در یک نوار باریک از طول موج منعکس می کند، در حالی که به نور دیگر اجازه عبور می دهد.

هر نقطه کوانتومی نور نامنسجمی از خود ساطع می‌کند و تیم برنر در آزمایش‌های خود مشاهده کردند که متاسطح باعث می‌شود نور ناهمدوس از نقاط کوانتومی دستخوش تغییرات فاز شود. این تغییرات نور را از پخش شدن در طیف وسیعی از زوایای ممانعت می‌کند - و در عوض باعث می‌شود که بیشتر نور در یک جهت منتشر شود.

جهت انتشار نور با شلیک دو پالس لیزر مختلف در سطح متاسطح کنترل می شود. یک پالس به طور موقت ضریب شکست متاسطح را تغییر می دهد، در حالی که پالس دیگر باعث می شود که نقاط کوانتومی نور ساطع کنند. این اصلاح است که نور ساطع شده را هدایت می کند.

برنر توضیح می‌دهد: «ما توانستیم انتشار نامنسجم از نقاط کوانتومی تعبیه‌شده در فراسطح را در محدوده 70 درجه هدایت کنیم. علاوه بر این، نور را می توان در بازه های زمانی زیر پیکوثانیه هدایت کرد.

برنر اشاره می‌کند که این طراحی در حال حاضر فقط یک اثبات مفهومی است و فضای زیادی برای پیشرفت در آینده دارد. او می‌گوید: «در یک دستگاه نهایی، این الگو باید به‌صورت الکتریکی پیکربندی شود، به طوری که در نهایت ترکیبی از یک LED و چندین کنتاکت دیگر برای برنامه‌ریزی مجدد زاویه انتشار داشته باشید».

توسعه بیشتری لازم است

این تیم اذعان می کند که تجاری سازی فناوری آنها احتمالاً چندین سال دیگر باقی مانده است. با این حال، بر اساس نتایجی که تاکنون به دست آورده اند، آنها امیدوارند که محققان دیگر شروع به فکر کردن در مورد طیف گسترده ای از فناوری هایی کنند که می توانند از دستکاری کنترل شده نور نامنسجم سود ببرند.

برنر می‌گوید: «شاید این نوع دستگاه بتواند جایگزین لیزرهای قابل هدایت شود،» و افزود که می‌توان از آن برای کاهش مصرف انرژی در سیستم‌های روشنایی استفاده کرد.

از دیگر کاربردهای احتمالی می توان به نمایشگرهای کوچکی اشاره کرد که می توانند تصاویر هولوگرافیک را مستقیماً با استفاده از LED های کم مصرف روی چشم پخش کنند. این امر به ویژه برای دستگاه های واقعیت مجازی و واقعیت افزوده مفید خواهد بود - آنها را بسیار ساده تر و ارزان تر از سیستم های مبتنی بر لیزر می کند. در جاهای دیگر، فراسطح می تواند در سنجش از دور مفید باشد. این شامل سیستم های LIDAR است که توسط وسایل نقلیه خودران برای تجسم محیط اطراف خود استفاده می شود.

تحقیق در شرح داده شده است طبیعت فوتونیک.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک