Rekonfigurabilna metapovršina upravlja nekoherentno svetlobo v manj kot pikosekundi

Na podlagi najnovejšega napredka na področju metapovršin in nanofotonike so raziskovalci v ZDA oblikovali nov vir svetlobe, ki lahko usmerja žarke nekoherentne svetlobe v ultrakratkih časovnih okvirih. Razvil: Igal Brener in kolegov iz Sandia National Laboratories v Novi Mehiki, ima vir rekonfigurabilno metapovršino, ki je vdelana s kvantnimi pikami. Z nadaljnjim razvojem bi lahko koncept uporabili za izboljšanje zaslonov navidezne resničnosti, senzorjev za avtonomna vozila in sistemov razsvetljave.

Optična metapovršina obsega vzorec drobnih komponent, od katerih vsaka interagira s svetlobo. Optične lastnosti metapovršine izhajajo iz skupnega učinka teh komponent in metapovršine je mogoče uporabiti za ustvarjanje uporabnih optičnih komponent, kot so ravne leče. Rekonfigurabilne metapovršine imajo optične lastnosti, ki jih je mogoče nadzorovano spreminjati, kar odpira še več možnih aplikacij.

Pred kratkim so raziskovalci ustvarili rekonfigurabilne metapovršine, ki lahko usmerijo lasersko svetlobo v določene smeri. To je bilo mogoče, ker je laserska svetloba koherentna – vsa svetloba je v fazi in na isti valovni dolžini.

Vendar pa to usmerjanje žarka ni bilo doseženo za nekoherentno svetlobo, ki jo oddajajo vsakodnevni viri, kot so LED in žarnice z žarilno nitko. "Trenutno ne obstaja nobena 'naprava', ki bi lahko oddajala svetlobo, kot je LED, in hkrati dinamično usmerjala emisijo v določeno smer," pojasnjuje Brener.

Kvantne pike

V svoji študiji je ekipa Sandia odpravila to pomanjkljivost z oblikovanjem nove metapovršine. Njihova zasnova vključuje metapovršino, vgrajeno v kvantne pike, nameščeno na lomnem Braggovem zrcalu. To je ogledalo, ki je sestavljeno iz več periodično razporejenih plasti z različnimi lomnimi količniki. Braggovo ogledalo odseva svetlobo v ozkem pasu valovnih dolžin, hkrati pa prepušča drugi svetlobi skozi.

Vsaka kvantna pika oddaja nekoherentno svetlobo in v svojih poskusih je Brenerjeva ekipa opazila, da je metapovršina povzročila, da je nekoherentna svetloba kvantnih pik podvržena faznim spremembam. Te spremembe preprečijo, da bi se svetloba razširila v širokem razponu kotov – in namesto tega povzročijo, da se velik del svetlobe širi v eno smer.

Smer širjenja svetlobe se nadzoruje z izstrelitvijo dveh različnih laserskih impulzov na metapovršino. En impulz začasno spremeni lomni količnik metapovršine, medtem ko drugi impulz povzroči, da kvantne pike oddajajo svetlobo. Ta modifikacija usmerja oddano svetlobo.

"Uspelo nam je usmerjati nekoherentno emisijo kvantnih pik, vgrajenih v metapovršino, v razponu 70 stopinj," pojasnjuje Brener. Še več, svetlobo je mogoče usmerjati čez subpikosekundne časovne lestvice.

Brener poudarja, da je zasnova za zdaj večinoma le dokaz koncepta, z veliko prostora za prihodnje izboljšave. "V končni napravi bi bilo treba ta vzorec ponovno konfigurirati električno, tako da imate na koncu kombinacijo LED in več drugih kontaktov za ponovno programiranje kota emisije," pravi.

Potreben je večji razvoj

Ekipa priznava, da bo do komercializacije njihove tehnologije verjetno še nekaj let. Kljub temu pa glede na rezultate, ki so jih dosegli do zdaj, upajo, da bodo drugi raziskovalci začeli razmišljati o široki paleti tehnologij, ki bi jim lahko koristila nadzorovana manipulacija nekoherentne svetlobe.

Mikrovalovna metapovršina se rekonfigurira s pomočjo koračnih motorjev

"Mogoče bi ta vrsta naprave lahko nadomestila vodljive laserje," pravi Brener in dodaja, da bi jo lahko uporabili za zmanjšanje porabe energije v sistemih razsvetljave.

Druge možne aplikacije vključujejo majhne zaslone, ki lahko projicirajo holografske slike neposredno na oko z uporabo LED z nizko porabo energije. To bi bilo še posebej uporabno za naprave za navidezno in razširjeno resničnost - zaradi česar so veliko enostavnejše in cenejše od laserskih sistemov. Drugje bi lahko bila metapovršina uporabna pri daljinskem zaznavanju. To vključuje sisteme LIDAR, ki jih samovozeča vozila uporabljajo za vizualizacijo okolice.

Raziskava je opisana v Narava fotonika.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoAiStream. Podatkovna inteligenca Web3. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• Kovanje prihodnosti z Adryenn Ashley. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/reconfigurable-metasurface-steers-incoherent-light-in-less-than-a-picosecond/