Metasuprafața reconfigurabilă direcționează lumina incoerentă în mai puțin de o picosecundă

Pornind de la cele mai recente progrese în metasuprafețe și nanofotonică, cercetătorii din SUA au proiectat o nouă sursă de lumină care poate direcționa fasciculele de lumină incoerentă pe perioade de timp ultrascurte. Dezvoltat de Igal Brener și colegii de la Sandia National Laboratories din New Mexico, sursa prezintă o metasuprafață reconfigurabilă care este încorporată cu puncte cuantice. Odată cu dezvoltarea ulterioară, conceptul ar putea fi folosit pentru a îmbunătăți afișajele de realitate virtuală, senzorii pentru vehicule autonome și sistemele de iluminat.

O metasuprafață optică cuprinde un model de componente minuscule, fiecare dintre ele interacționând cu lumina. Proprietățile optice ale unei metasuprafețe apar din efectul colectiv al acestor componente și metasuprafețele pot fi utilizate pentru a crea componente optice utile, cum ar fi lentilele plate. Metasuprafețele reconfigurabile au proprietăți optice care pot fi modificate în moduri controlate, deschizând și mai multe aplicații posibile.

Recent, cercetătorii au creat metasuprafețe reconfigurabile care pot direcționa lumina laser în direcții specifice. Acest lucru a fost posibil deoarece lumina laser este coerentă – toată lumina este în fază și la aceeași lungime de undă.

Cu toate acestea, această direcție a fasciculului nu a fost realizată pentru lumina incoerentă care este emisă de sursele de zi cu zi, cum ar fi LED-urile și becurile incandescente. „În prezent, nu există niciun „dispozitiv” care să poată emite lumină ca un LED și să orienteze dinamic emisia într-o anumită direcție în același timp”, explică Brener.

Puncte cuantice

În studiul lor, echipa Sandia a abordat acest neajuns prin proiectarea unei noi metasuprafețe. Designul lor prezintă o metasuprafață încorporată în puncte cuantice poziționată pe o oglindă refractivă Bragg. Aceasta este o oglindă care este alcătuită din mai multe straturi, aranjate periodic, cu indici de refracție variați. O oglindă Bragg reflectă lumina într-o bandă îngustă de lungimi de undă, permițând în același timp să treacă alte lumini.

Fiecare punct cuantic emite lumină incoerentă și în experimentele lor, echipa lui Brener a observat că metasuprafața a făcut ca lumina incoerentă din punctele cuantice să sufere schimbări de fază. Aceste schimbări împiedică răspândirea luminii într-o gamă largă de unghiuri - și în schimb provoacă propagarea unei mari părți a luminii într-o singură direcție.

Direcția de propagare a luminii este controlată prin tragerea a două impulsuri laser diferite la metasuprafață. Un impuls modifică temporar indicele de refracție al metasuprafeței, în timp ce celălalt puls face ca punctele cuantice să emită lumină. Această modificare este cea care orientează lumina emisă.

„Am fost capabili să direcționăm emisia incoerentă de la punctele cuantice încorporate în metasuprafață într-un interval de 70 de grade”, explică Brener. În plus, lumina poate fi direcționată pe intervale de timp sub-picosecunde.

Brener subliniază că designul este în mare parte doar o dovadă a conceptului pentru moment, cu mult spațiu pentru îmbunătățiri viitoare. „Într-un dispozitiv final, acest model ar trebui reconfigurat electric, astfel încât în ​​final să aveți o combinație de LED și alte câteva contacte pentru a reprograma unghiul de emisie”, spune el.

Este nevoie de mai multă dezvoltare

Echipa recunoaște că comercializarea tehnologiei lor este probabil încă mai departe de câțiva ani. Cu toate acestea, pe baza rezultatelor pe care le-au obținut până acum, ei speră că alți cercetători vor începe să se gândească la gama largă de tehnologii care ar putea beneficia de manipularea controlată a luminii incoerente.

Metasuprafața cu microunde este reconfigurată folosind motoare pas cu pas

„Poate că acest tip de dispozitiv ar putea înlocui laserele orientabile”, spune Brener, adăugând că ar putea fi folosit pentru a reduce consumul de energie în sistemele de iluminat.

Alte aplicații posibile includ afișaje mici care pot proiecta imagini holografice direct pe ochi folosind LED-uri de putere redusă. Acest lucru ar fi util în special pentru dispozitivele de realitate virtuală și augmentată - făcându-le mult mai simple și mai ieftine decât sistemele bazate pe laser. În altă parte, metasuprafața ar putea fi utilă în teledetecție. Acestea includ sistemele LIDAR utilizate de vehiculele cu conducere autonomă pentru a vizualiza împrejurimile lor.

Cercetarea este descrisă în Natura Photonics.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Mintând viitorul cu Adryenn Ashley. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/reconfigurable-metasurface-steers-incoherent-light-in-less-than-a-picosecond/