Uudelleenkonfiguroitava metasurface ohjaa epäkoherenttia valoa alle pikosekunnissa

Metapintojen ja nanofotoniikan viimeisimpien edistysten pohjalta yhdysvaltalaiset tutkijat ovat suunnitelleet uuden valonlähteen, joka voi ohjata epäkoherentteja valonsäteitä ultralyhyillä aikaskaaloilla. Kehittäjä Igal Brener ja kollegoiden Sandia National Laboratoriesissa New Mexicossa, lähteessä on uudelleen konfiguroitava metapinta, joka on upotettu kvanttipisteillä. Jatkokehityksen myötä konseptia voitaisiin käyttää virtuaalitodellisuuden näyttöjen, autonomisten ajoneuvojen anturien ja valaistusjärjestelmien parantamiseen.

Optinen metapinta koostuu kuviosta pienistä komponenteista, joista jokainen on vuorovaikutuksessa valon kanssa. Metapinnan optiset ominaisuudet syntyvät näiden komponenttien yhteisvaikutuksesta, ja metapintoja voidaan käyttää hyödyllisten optisten komponenttien, kuten litteiden linssien, luomiseen. Uudelleenkonfiguroitavissa metapinnoissa on optisia ominaisuuksia, joita voidaan muuttaa hallitusti, mikä avaa entistä enemmän mahdollisia sovelluksia.

Viime aikoina tutkijat ovat luoneet uudelleen konfiguroitavia metapintoja, jotka voivat ohjata laservaloa tiettyihin suuntiin. Tämä oli mahdollista, koska laservalo on koherenttia – kaikki valo on samassa vaiheessa ja samalla aallonpituudella.

Tätä säteen ohjausta ei kuitenkaan ole saavutettu epäkoherentille valolle, jota lähettävät jokapäiväiset lähteet, kuten LEDit ja hehkulamput. "Tällä hetkellä ei ole olemassa "laitetta", joka voi lähettää valoa kuten LED ja ohjata dynaamisesti säteilyä tiettyyn suuntaan samanaikaisesti", Brener selittää.

Kvanttipisteet

Sandia-tiimi korjasi tutkimuksessaan tämän puutteen suunnittelemalla uuden metapinnan. Niiden suunnittelussa on kvanttipistein upotettu metapinta, joka on sijoitettu taittavaan Bragg-peiliin. Tämä on peili, joka koostuu useista, ajoittain järjestetyistä kerroksista, joilla on vaihtelevat taitekertoimet. Bragg-peili heijastaa valoa kapealla aallonpituuskaistalla ja päästää muun valon läpi.

Jokainen kvanttipiste säteilee epäkoherenttia valoa, ja Brenerin tiimi havaitsi kokeissaan, että metapinta aiheutti kvanttipisteistä tulevan epäkoherentin valon vaihemuutoksen. Nämä muutokset estävät valoa leviämästä useisiin eri kulmiin – ja sen sijaan saavat suuren osan valosta etenemään yhteen suuntaan.

Valon etenemissuuntaa ohjataan ampumalla kaksi erilaista laserpulssia metapintaan. Toinen pulssi muuttaa väliaikaisesti metapinnan taitekerrointa, kun taas toinen pulssi saa kvanttipisteet säteilemään valoa. Tämä muutos ohjaa säteilevää valoa.

"Pystyimme ohjaamaan metapintaan upotettujen kvanttipisteiden epäkoherenttia säteilyä 70 asteen alueella", Brener selittää. Lisäksi valoa voidaan ohjata pikosekuntia pienemmillä aikaskaaloilla.

Brener huomauttaa, että suunnittelu on tällä hetkellä enimmäkseen vain todiste konseptista, jossa on paljon parantamisen varaa. "Lopullisessa laitteessa tämä kuvio olisi konfiguroitava uudelleen sähköisesti, jotta loppujen lopuksi sinulla on LEDin ja useiden muiden koskettimien yhdistelmä emissiokulman ohjelmointia varten", hän sanoo.

Kehitystä tarvitaan lisää

Tiimi myöntää, että heidän teknologiansa kaupallistaminen on todennäköisesti vielä muutaman vuoden päässä. Silti he toivovat tähän mennessä saavuttamiensa tulosten perusteella, että muut tutkijat alkavat pohtia monenlaisia ​​teknologioita, jotka voisivat hyötyä epäkoherentin valon kontrolloidusta manipuloinnista.

Mikroaaltouunin metapinta konfiguroidaan uudelleen askelmoottoreilla

"Ehkä tämäntyyppinen laite voisi korvata ohjattavat laserit", Brener sanoo ja lisää, että sitä voitaisiin käyttää energiankulutuksen vähentämiseen valaistusjärjestelmissä.

Muita mahdollisia sovelluksia ovat pienet näytöt, jotka voivat heijastaa holografisia kuvia suoraan silmään pienitehoisten LEDien avulla. Tämä olisi erityisen hyödyllistä virtuaalisille ja lisätyn todellisuuden laitteille, mikä tekee niistä paljon yksinkertaisempia ja halvempia kuin laserpohjaiset järjestelmät. Muualla metapinta voisi olla hyödyllinen kaukokartoituksessa. Tämä sisältää LIDAR-järjestelmät, joita itseohjautuvat ajoneuvot käyttävät ympäristönsä visualisointiin.

Tutkimusta kuvataan Luonto Fotoniikka.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Tulevaisuuden lyöminen Adryenn Ashley. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/reconfigurable-metasurface-steers-incoherent-light-in-less-than-a-picosecond/