La metasuperficie riconfigurabile dirige la luce incoerente in meno di un picosecondo

Attingendo agli ultimi progressi nelle metasuperfici e nella nanofotonica, i ricercatori negli Stati Uniti hanno progettato una nuova sorgente luminosa in grado di dirigere fasci di luce incoerente su scale temporali ultrabrevi. Sviluppato da Igal Brener e colleghi dei Sandia National Laboratories nel New Mexico, la fonte presenta una metasuperficie riconfigurabile che è incorporata con punti quantici. Con un ulteriore sviluppo, il concetto potrebbe essere utilizzato per migliorare i display di realtà virtuale, i sensori per i veicoli autonomi ei sistemi di illuminazione.

Una metasuperficie ottica comprende uno schema di minuscoli componenti, ciascuno dei quali interagisce con la luce. Le proprietà ottiche di una metasuperficie derivano dall'effetto collettivo di questi componenti e le metasuperfici possono essere utilizzate per creare utili componenti ottici come le lenti piatte. Le metasuperfici riconfigurabili hanno proprietà ottiche che possono essere modificate in modi controllati, aprendo ancora più possibili applicazioni.

Recentemente, i ricercatori hanno creato metasuperfici riconfigurabili in grado di dirigere la luce laser in direzioni specifiche. Ciò è stato possibile perché la luce laser è coerente: tutta la luce è in fase e alla stessa lunghezza d'onda.

Tuttavia, questo orientamento del raggio non è stato ottenuto per la luce incoerente emessa da fonti quotidiane come LED e lampadine a incandescenza. "Attualmente, non esiste un 'dispositivo' in grado di emettere luce come un LED e di indirizzare dinamicamente l'emissione in una particolare direzione allo stesso tempo", spiega Brener.

Punti quantici

Nel loro studio, il team di Sandia ha affrontato questa lacuna progettando una nuova metasuperficie. Il loro design presenta una metasuperficie incorporata di punti quantici posizionata su uno specchio rifrattivo di Bragg. Questo è uno specchio composto da più strati disposti periodicamente con indici di rifrazione variabili. Uno specchio di Bragg riflette la luce in una stretta banda di lunghezze d'onda, lasciando passare altra luce.

Ogni punto quantico emette luce incoerente e nei loro esperimenti, il team di Brener ha osservato che la metasuperficie faceva subire cambiamenti di fase alla luce incoerente dei punti quantici. Questi cambiamenti impediscono alla luce di diffondersi su un'ampia gamma di angoli e invece fanno sì che gran parte della luce si propaghi in una direzione.

La direzione di propagazione della luce è controllata sparando due diversi impulsi laser sulla metasuperficie. Un impulso modifica temporaneamente l'indice di rifrazione della metasuperficie, mentre l'altro impulso fa sì che i punti quantici emettano luce. È questa modifica che dirige la luce emessa.

"Siamo stati in grado di guidare l'emissione incoerente dei punti quantici incorporati nella metasuperficie su un intervallo di 70 gradi", spiega Brener. Inoltre, la luce può essere guidata su scale temporali inferiori al picosecondo.

Brener sottolinea che il design è per lo più solo una prova di concetto per ora, con molto spazio per miglioramenti futuri. "In un dispositivo finale, questo modello dovrebbe essere riconfigurato elettricamente, in modo che alla fine si abbia una combinazione di un LED e diversi altri contatti per riprogrammare l'angolo di emissione", afferma.

Più sviluppo necessario

Il team riconosce che la commercializzazione della loro tecnologia è probabilmente ancora lontana diversi anni. Tuttavia, sulla base dei risultati ottenuti finora, sperano che altri ricercatori inizino a pensare all'ampia gamma di tecnologie che potrebbero trarre vantaggio dalla manipolazione controllata della luce incoerente.

La metasuperficie del microonde viene riconfigurata utilizzando motori passo-passo

"Forse questo tipo di dispositivo potrebbe sostituire i laser orientabili", afferma Brener, aggiungendo che potrebbe essere utilizzato per ridurre il consumo energetico nei sistemi di illuminazione.

Altre possibili applicazioni includono piccoli display in grado di proiettare immagini olografiche direttamente sull'occhio utilizzando LED a bassa potenza. Ciò sarebbe particolarmente utile per i dispositivi di realtà virtuale e aumentata, rendendoli molto più semplici ed economici dei sistemi basati su laser. Altrove, la metasuperficie potrebbe essere utile nel telerilevamento. Ciò include i sistemi LIDAR utilizzati dai veicoli a guida autonoma per visualizzare l'ambiente circostante.

La ricerca è descritta in Nature Photonics.

• Distribuzione di contenuti basati su SEO e PR. Ricevi amplificazione oggi.
• PlatoAiStream. Intelligenza dei dati Web3. Conoscenza amplificata. Accedi qui.
• Coniare il futuro con Adryenn Ashley. Accedi qui.
• Fonte: https://physicsworld.com/a/reconfigurable-metasurface-steers-incoherent-light-in-less-than-a-picosecond/