Az újrakonfigurálható metafelület kevesebb, mint egy pikoszekundum alatt irányítja az inkoherens fényt

A metafelületek és a nanofotonika legújabb vívmányaiból merítve az amerikai kutatók olyan új fényforrást terveztek, amely ultrarövid időtávon képes irányítani az inkoherens fénysugarat. Által kifejlesztett Igal Brener és az új-mexikói Sandia National Laboratories munkatársai, a forrás egy kvantumpontokkal beágyazott újrakonfigurálható metafelületet tartalmaz. A további fejlesztéssel a koncepció felhasználható a virtuális valóság kijelzőinek, az autonóm járművek érzékelőinek és a világítási rendszereknek a fejlesztésére.

Az optikai metafelület apró alkatrészek mintázatát tartalmazza, amelyek mindegyike kölcsönhatásba lép a fénnyel. A metafelületek optikai tulajdonságai ezen összetevők együttes hatásából fakadnak, és a metafelületek hasznos optikai komponensek, például lapos lencsék létrehozására használhatók. Az újrakonfigurálható metafelületek olyan optikai tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek szabályozott módon változtathatók, így még több lehetséges alkalmazás nyílik meg.

A közelmúltban a kutatók olyan újrakonfigurálható metafelületeket hoztak létre, amelyek a lézerfényt meghatározott irányokba tudják terelni. Ez azért volt lehetséges, mert a lézerfény koherens – minden fény fázisban és azonos hullámhosszon van.

Ezt a sugárkormányzást azonban nem sikerült elérni a mindennapi források, például LED-ek és izzólámpák által kibocsátott inkoherens fény esetében. „Jelenleg nincs olyan „eszköz”, amely LED-hez hasonlóan fényt bocsát ki, és egyidejűleg dinamikusan egy bizonyos irányba tereli a kibocsátást” – magyarázza Brener.

Kvantumpontok

Tanulmányukban a Sandia csapata ezt a hiányosságot egy új metafelület tervezésével orvosolta. Kialakításuk egy kvantumpontba ágyazott metafelületet tartalmaz, amely egy fénytörő Bragg-tükörre van helyezve. Ez egy tükör, amely több, periodikusan elrendezett rétegből áll, változó törésmutatókkal. A Bragg tükör egy keskeny hullámhossz-sávban veri vissza a fényt, miközben más fényt is átenged.

Mindegyik kvantumpont inkoherens fényt bocsát ki, és kísérleteik során Brener csapata megfigyelte, hogy a metafelület hatására a kvantumpontokból származó inkoherens fény fázisváltozásokon megy keresztül. Ezek a változások megakadályozzák, hogy a fény széles szögben terjedjen – és ehelyett a fény nagy része egy irányba terjed.

A fény terjedési irányát két különböző lézerimpulzussal szabályozzák a metafelületre. Az egyik impulzus átmenetileg módosítja a metafelület törésmutatóját, míg a másik impulzus fényt bocsát ki a kvantumpontokból. Ez a módosítás irányítja a kibocsátott fényt.

„A metafelületbe ágyazott kvantumpontokból származó inkoherens emissziót 70 fokos tartományban tudtuk irányítani” – magyarázza Brener. Sőt, a fényt a pikoszekundum alatti időskálán is át lehet irányítani.

Brener rámutat, hogy a dizájn egyelőre csak a koncepció bizonyítéka, és sok tere van a jövőbeni fejlesztéseknek. „Egy végső eszközben ezt a mintát elektromosan újra kell konfigurálni, hogy a végén egy LED és számos más érintkező kombinációja legyen a kibocsátási szög újraprogramozásához” – mondja.

További fejlesztésre van szükség

A csapat elismeri, hogy technológiájuk kereskedelmi forgalomba hozataláig valószínűleg még több év vár. Az eddig elért eredményeik alapján azonban azt remélik, hogy más kutatók is elkezdenek gondolkodni azon technológiák széles skáláján, amelyek számára előnyös lehet az inkoherens fény ellenőrzött manipulálása.

A mikrohullámú metafelületet léptetőmotorok segítségével konfigurálják újra

„Talán ez a fajta eszköz helyettesítheti a kormányozható lézereket” – mondja Brener, hozzátéve, hogy felhasználható lenne a világítási rendszerek energiafogyasztásának csökkentésére.

További lehetséges alkalmazások közé tartoznak a kisméretű kijelzők, amelyek holografikus képeket közvetlenül a szemre vetítenek alacsony fogyasztású LED-ek segítségével. Ez különösen hasznos lenne a virtuális és kibővített valóságú eszközök esetében – így sokkal egyszerűbbek és olcsóbbak, mint a lézeralapú rendszerek. Máshol a metafelület hasznos lehet a távérzékelésben. Ide tartoznak az önvezető járművek által a környezetük vizualizálására használt LIDAR rendszerek.

A kutatás leírása a Nature fotonika.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoAiStream. Web3 adatintelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• A jövő pénzverése – Adryenn Ashley. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/reconfigurable-metasurface-steers-incoherent-light-in-less-than-a-picosecond/