재구성 가능한 메타표면은 XNUMX피코초도 안 되는 시간에 일관성 없는 빛을 조종합니다.

메타 표면 및 나노 포토닉스의 최신 발전을 바탕으로 미국의 연구원들은 초단기간 동안 비간섭성 광선을 조종할 수 있는 새로운 광원을 설계했습니다. 에 의해 개발 이갈 브레너 그리고 뉴멕시코에 있는 Sandia National Laboratories의 동료들과 함께 이 소스는 양자점이 내장된 재구성 가능한 메타표면을 특징으로 합니다. 추가 개발을 통해 이 개념은 가상 현실 디스플레이, 자율 차량용 센서 및 조명 시스템을 개선하는 데 사용될 수 있습니다.

광학 메타표면은 작은 구성 요소의 패턴으로 구성되며 각 구성 요소는 빛과 상호 작용합니다. 메타표면의 광학적 특성은 이러한 구성요소의 집합적 효과에서 발생하며 메타표면은 평면 렌즈와 같은 유용한 광학 구성요소를 만드는 데 사용될 수 있습니다. 재구성 가능한 메타표면은 제어된 방식으로 변경할 수 있는 광학적 특성을 가지고 있어 훨씬 더 많은 응용 분야를 개척할 수 있습니다.

최근 연구원들은 레이저 빛을 특정 방향으로 조종할 수 있는 재구성 가능한 메타표면을 만들었습니다. 이것은 레이저 빛이 일관성이 있기 때문에 가능했습니다. 즉, 모든 빛은 동위상이고 동일한 파장에 있습니다.

그러나 이 빔 스티어링은 LED 및 백열 전구와 같은 일상적인 소스에서 방출되는 비일관성 조명에 대해서는 달성되지 않았습니다. "현재 LED와 같은 빛을 방출할 수 있는 '장치'가 없으며 동시에 특정 방향으로 방출을 동적으로 조정할 수 있습니다."라고 Brener는 설명합니다.

양자점

연구에서 Sandia 팀은 새로운 메타표면을 설계하여 이 단점을 해결했습니다. 그들의 디자인은 굴절 브래그 거울에 위치한 양자점 내장 메타표면을 특징으로 합니다. 이것은 다양한 굴절률을 가진 여러 개의 주기적으로 배열된 레이어로 구성된 거울입니다. 브래그 거울은 좁은 파장 대역의 빛을 반사하고 다른 빛은 통과시킵니다.

각각의 양자점은 비간섭성 빛을 방출하며 실험에서 Brener 팀은 메타표면이 양자점의 비간섭성 빛이 위상 변화를 겪는 것을 관찰했습니다. 이러한 변화는 빛이 다양한 각도로 퍼지는 것을 억제하고 대신 많은 빛이 한 방향으로 전파되도록 합니다.

빛의 전파 방향은 메타표면에서 두 개의 서로 다른 레이저 펄스를 발사하여 제어됩니다. 하나의 펄스는 일시적으로 메타표면의 굴절률을 수정하고 다른 펄스는 양자점이 빛을 방출하도록 합니다. 방출된 빛을 조종하는 것은 바로 이 수정입니다.

"우리는 70도 범위에 걸쳐 메타표면에 내장된 양자점의 비일관성 방출을 조종할 수 있었습니다."라고 Brener는 설명합니다. 또한 빛은 피코초 미만의 시간 척도로 조정될 수 있습니다.

Brener는 디자인이 현재로서는 대부분 개념 증명일 뿐이며 향후 개선의 여지가 많다고 지적합니다. "최종 장치에서 이 패턴은 전기적으로 재구성되어야 하므로 결국 방출 각도를 재프로그래밍하기 위해 LED와 여러 다른 접점의 조합을 갖게 됩니다."라고 그는 말합니다.

더 많은 개발 필요

팀은 그들의 기술이 상용화되기까지는 아직 몇 년이 걸릴 가능성이 있음을 인정합니다. 그러나 지금까지 달성한 ​​결과를 바탕으로 그들은 다른 연구자들이 비간섭성 빛의 제어된 조작으로부터 이익을 얻을 수 있는 광범위한 기술에 대해 생각하기 시작하기를 희망합니다.

마이크로파 메타표면은 스테핑 모터를 사용하여 재구성됩니다.

Brener는 "아마도 이러한 유형의 장치가 조종 가능한 레이저를 대체할 수 있을 것"이라며 조명 시스템의 에너지 소비를 줄이는 데 사용할 수 있다고 덧붙였습니다.

다른 가능한 애플리케이션으로는 저전력 LED를 사용하여 홀로그램 이미지를 눈에 직접 투사할 수 있는 소형 디스플레이가 있습니다. 이것은 가상 및 증강 현실 장치에 특히 유용하여 레이저 기반 시스템보다 훨씬 간단하고 저렴합니다. 다른 곳에서는 메타표면이 원격 감지에 유용할 수 있습니다. 여기에는 자율 주행 차량이 주변을 시각화하는 데 사용하는 LIDAR 시스템이 포함됩니다.

연구는 다음에 설명되어 있습니다. 자연 Photonics.

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• 출처: https://physicsworld.com/a/reconfigurable-metasurface-steers-incoherent-light-in-less-than-a-picosecond/