Metasurface yang dapat dikonfigurasi ulang mengarahkan cahaya yang tidak koheren dalam waktu kurang dari satu picosecond

Menggambar dari kemajuan terbaru dalam metasurfaces dan nanophotonics, para peneliti di AS telah merancang sumber cahaya baru yang dapat mengarahkan berkas cahaya yang tidak koheren dalam rentang waktu yang sangat singkat. Dikembangkan oleh Igal Brener dan rekannya di Sandia National Laboratories di New Mexico, sumber tersebut menampilkan permukaan meta yang dapat dikonfigurasi ulang yang disematkan dengan titik-titik kuantum. Dengan pengembangan lebih lanjut, konsep tersebut dapat digunakan untuk meningkatkan tampilan realitas virtual, sensor untuk kendaraan otonom, dan sistem pencahayaan.

Metasurface optik terdiri dari pola komponen kecil, yang masing-masing berinteraksi dengan cahaya. Sifat optik dari permukaan meta muncul dari efek kolektif dari komponen ini dan permukaan meta dapat digunakan untuk membuat komponen optik yang berguna seperti lensa datar. Metasurfaces yang dapat dikonfigurasi ulang memiliki sifat optik yang dapat diubah dengan cara yang terkontrol, membuka lebih banyak kemungkinan aplikasi.

Baru-baru ini, para peneliti telah menciptakan permukaan meta yang dapat dikonfigurasi ulang yang dapat mengarahkan sinar laser ke arah tertentu. Ini dimungkinkan karena sinar laser koheren – semua cahaya dalam fase dan pada panjang gelombang yang sama.

Namun, beam steering ini belum tercapai untuk cahaya tidak koheren yang dipancarkan oleh sumber sehari-hari seperti LED dan lampu pijar. “Saat ini, tidak ada 'perangkat' yang dapat memancarkan cahaya seperti LED, dan secara dinamis mengarahkan pancaran ke arah tertentu pada waktu yang sama,” jelas Brener.

Titik kuantum

Dalam studi mereka, tim Sandia mengatasi kekurangan ini dengan merancang metasurface baru. Desain mereka menampilkan metasurface tertanam titik kuantum yang diposisikan pada cermin Bragg bias. Ini adalah cermin yang terdiri dari beberapa lapisan yang disusun secara berkala dengan berbagai indeks bias. Cermin Bragg memantulkan cahaya dalam pita sempit panjang gelombang, sambil membiarkan cahaya lain melewatinya.

Setiap titik kuantum memancarkan cahaya yang tidak koheren dan dalam percobaan mereka, tim Brener mengamati bahwa permukaan meta menyebabkan cahaya yang tidak koheren dari titik kuantum mengalami perubahan fasa. Perubahan ini menahan cahaya agar tidak menyebar ke berbagai sudut – dan malah menyebabkan sebagian besar cahaya menyebar ke satu arah.

Arah perambatan cahaya dikendalikan dengan menembakkan dua pulsa laser yang berbeda pada metasurface. Satu pulsa untuk sementara mengubah indeks bias permukaan meta, sementara pulsa lainnya menyebabkan titik-titik kuantum memancarkan cahaya. Modifikasi inilah yang mengarahkan cahaya yang dipancarkan.

“Kami dapat mengarahkan emisi yang tidak koheren dari titik-titik kuantum yang disematkan ke permukaan meta dalam rentang 70 derajat,” jelas Brener. Terlebih lagi, cahaya dapat diarahkan pada rentang waktu sub-pikodetik.

Brener menunjukkan bahwa desainnya sebagian besar hanya bukti konsep untuk saat ini, dengan banyak ruang untuk perbaikan di masa mendatang. “Pada perangkat terakhir, pola ini harus dikonfigurasi ulang secara elektrik, sehingga pada akhirnya Anda memiliki kombinasi LED dan beberapa kontak lain untuk memprogram ulang sudut pancaran,” katanya.

Dibutuhkan lebih banyak pengembangan

Tim mengakui bahwa komersialisasi teknologi mereka kemungkinan masih beberapa tahun lagi. Namun berdasarkan hasil yang telah mereka capai sejauh ini, mereka berharap para peneliti lain akan mulai berpikir tentang jangkauan luas teknologi yang dapat mengambil manfaat dari manipulasi cahaya yang tidak koheren secara terkendali.

Metasurface gelombang mikro dikonfigurasi ulang menggunakan motor stepping

“Mungkin perangkat jenis ini dapat menggantikan laser yang dapat dikemudikan,” kata Brener, seraya menambahkan bahwa perangkat ini dapat digunakan untuk mengurangi konsumsi energi dalam sistem pencahayaan.

Aplikasi lain yang mungkin termasuk layar kecil yang dapat memproyeksikan gambar holografik langsung ke mata menggunakan LED berdaya rendah. Ini akan sangat berguna untuk perangkat realitas virtual dan augmented — membuatnya jauh lebih sederhana dan lebih murah daripada sistem berbasis laser. Di tempat lain, permukaan meta dapat berguna dalam penginderaan jauh. Ini termasuk sistem LIDAR yang digunakan oleh kendaraan self-driving untuk memvisualisasikan sekelilingnya.

Penelitian tersebut dijelaskan dalam Nature Photonics.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoAiStream. Kecerdasan Data Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/reconfigurable-metasurface-steers-incoherent-light-in-less-than-a-picosecond/