משטח מטה שניתן להגדרה מחדש מנווט אור לא קוהרנטי תוך פחות מפיקוסניה

בהתבסס על ההתקדמות העדכנית ביותר במטא-משטחים ובננו-פוטוניקה, חוקרים בארה"ב תכננו מקור אור חדש שיכול לנווט אלומות של אור לא קוהרנטי על פני טווחי זמן קצרים במיוחד. פותח על ידי יגאל ברנר ועמיתיו במעבדות הלאומיות של Sandia בניו מקסיקו, המקור כולל משטח מטה שניתן להגדרה מחדש שמוטבע בנקודות קוונטיות. עם פיתוח נוסף, הרעיון יכול לשמש לשיפור תצוגות מציאות מדומה, חיישנים לרכבים אוטונומיים ומערכות תאורה.

משטח מטה אופטי מורכב מתבנית של רכיבים זעירים, שכל אחד מהם מקיים אינטראקציה עם אור. המאפיינים האופטיים של מטא-משטח נובעים מההשפעה הקולקטיבית של רכיבים אלה וניתן להשתמש במטא-משטחים ליצירת רכיבים אופטיים שימושיים כגון עדשות שטוחות. למטא-משטחים הניתנים להגדרה מחדש יש מאפיינים אופטיים הניתנים לשינוי בדרכים מבוקרות, מה שפותח אפילו יותר יישומים אפשריים.

לאחרונה, חוקרים יצרו מטא-משטחים הניתנים להגדרה מחדש שיכולים לנווט אור לייזר לכיוונים ספציפיים. זה היה אפשרי מכיוון שאור הלייזר הוא קוהרנטי - כל האור נמצא בשלב ובאותו אורך גל.

עם זאת, היגוי אלומה זה לא הושג עבור האור הבלתי קוהרנטי הנפלט ממקורות יומיומיים כגון נוריות LED ונורות ליבון. "נכון לעכשיו, אין 'מכשיר' שיכול לפלוט אור כמו לד, ולנווט באופן דינמי את הפליטה לכיוון מסוים בו זמנית", מסביר ברנר.

נקודות קוונטיות

במחקר שלהם, צוות Sandia התייחס לחסרון הזה על ידי תכנון מטא-משטח חדש. העיצוב שלהם כולל משטח מטה משובץ נקודות קוונטיות הממוקם על מראה בראג שבירה. זוהי מראה המורכבת משכבות מרובות המסודרות מעת לעת עם מדדי שבירה משתנים. מראה בראג מחזירה אור ברצועה צרה של אורכי גל, תוך שהיא מאפשרת לאור אחר לעבור דרכה.

כל נקודה קוונטית פולטת אור לא קוהרנטי ובניסויים שלהם, הצוות של ברנר הבחין שהמשטח גרם לאור הלא קוהרנטי מהנקודות הקוונטיות לעבור שינויי פאזה. שינויים אלה מונעים מהאור להתפשט על פני טווח רחב של זוויות - ובמקום זאת גורמים להרבה מהאור להתפשט בכיוון אחד.

כיוון ההתפשטות של האור נשלט על ידי ירי שני פולסי לייזר שונים על המטא-משטח. דופק אחד משנה באופן זמני את אינדקס השבירה של משטח המטא, בעוד הדופק השני גורם לנקודות הקוונטיות לפלוט אור. השינוי הזה הוא שמנווט את האור הנפלט.

"הצלחנו לנווט את הפליטה הבלתי קוהרנטית מנקודות קוונטיות המוטבעות במטא-השטח על פני טווח של 70 מעלות", מסביר ברנר. יתרה מכך, ניתן לנווט את האור על פני טווחי זמן של תת פיקושניות.

ברנר מציין כי העיצוב הוא לרוב רק הוכחה לקונספט לעת עתה, עם הרבה מקום לשיפור עתידי. "במכשיר סופי, תבנית זו תצטרך להיות מוגדרת מחדש חשמלית, כך שבסופו של דבר יש לך שילוב של LED ומספר מגעים אחרים כדי לתכנת מחדש את זווית הפליטה", הוא אומר.

צריך עוד פיתוח

הצוות מכיר בכך שהמסחור של הטכנולוגיה שלהם כנראה עוד מספר שנים. אולם בהתבסס על התוצאות שהם השיגו עד כה, הם מקווים שחוקרים אחרים יתחילו לחשוב על מגוון רחב של טכנולוגיות שיכולות להפיק תועלת ממניפולציה מבוקרת של אור לא קוהרנטי.

משטח מיקרוגל מוגדר מחדש באמצעות מנועי צעד

"אולי סוג זה של מכשיר יכול להחליף לייזרים ניתנים לכיוון", אומר ברנר, ומוסיף כי ניתן להשתמש בו כדי להפחית את צריכת האנרגיה במערכות תאורה.

יישומים אפשריים אחרים כוללים צגים קטנים שיכולים להקרין תמונות הולוגרפיות ישירות על העין באמצעות נוריות LED בעלות הספק נמוך. זה יהיה שימושי במיוחד עבור מכשירי מציאות מדומה ורבודה - מה שהופך אותם לפשוטים וזולים הרבה יותר ממערכות מבוססות לייזר. במקומות אחרים, משטח המטא יכול להיות שימושי בחישה מרחוק. זה כולל את מערכות ה-LIDAR המשמשות כלי רכב בנהיגה עצמית כדי לדמיין את סביבתם.

המחקר מתואר ב Nature Photonics.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• הטבעת העתיד עם אדריאן אשלי. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/reconfigurable-metasurface-steers-incoherent-light-in-less-than-a-picosecond/