metasurface ที่กำหนดค่าใหม่ได้จะควบคุมแสงที่ไม่ต่อเนื่องกันในเวลาน้อยกว่าหนึ่งพิโกวินาที

จากความก้าวหน้าล่าสุดใน metasurfaces และ nanophotonics นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาได้ออกแบบแหล่งกำเนิดแสงใหม่ที่สามารถบังคับลำแสงที่ไม่ต่อเนื่องในช่วงเวลาที่สั้นมาก พัฒนาโดย อิกัล เบรนเนอร์ และเพื่อนร่วมงานที่ Sandia National Laboratories ในนิวเม็กซิโก แหล่งข่าวนำเสนอ metasurface ที่กำหนดค่าใหม่ได้ซึ่งฝังด้วยจุดควอนตัม ด้วยการพัฒนาเพิ่มเติม แนวคิดนี้สามารถนำไปใช้ในการปรับปรุงการแสดงความเป็นจริงเสมือน เซ็นเซอร์สำหรับยานยนต์ไร้คนขับ และระบบไฟส่องสว่าง

เมตาพื้นผิวเชิงแสงประกอบด้วยรูปแบบของส่วนประกอบเล็กๆ ซึ่งแต่ละส่วนมีปฏิสัมพันธ์กับแสง คุณสมบัติทางแสงของ metasurface เกิดจากผลรวมของส่วนประกอบเหล่านี้ และ metasurfaces สามารถนำมาใช้เพื่อสร้างส่วนประกอบทางแสงที่เป็นประโยชน์ เช่น เลนส์แบน metasurfaces ที่กำหนดค่าใหม่ได้มีคุณสมบัติทางแสงที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ด้วยวิธีการควบคุม เปิดการใช้งานที่เป็นไปได้มากยิ่งขึ้น

เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักวิจัยได้สร้าง metasurfaces ที่กำหนดค่าใหม่ได้ ซึ่งสามารถนำแสงเลเซอร์ไปยังทิศทางเฉพาะได้ สิ่งนี้เกิดขึ้นได้เพราะแสงเลเซอร์สอดคล้องกัน แสงทั้งหมดอยู่ในเฟสและที่ความยาวคลื่นเดียวกัน

อย่างไรก็ตาม การควบคุมด้วยลำแสงนี้ไม่สามารถทำได้สำหรับแสงที่ไม่ต่อเนื่องซึ่งปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดในชีวิตประจำวัน เช่น ไฟ LED และหลอดไส้ “ปัจจุบัน ไม่มี 'อุปกรณ์' ที่สามารถเปล่งแสงได้เหมือน LED และบังคับทิศทางที่เปล่งแสงแบบไดนามิกไปยังทิศทางใดทิศทางหนึ่งในเวลาเดียวกัน” Brener อธิบาย

จุดควอนตัม

ในการศึกษาของพวกเขา ทีมงานของ Sandia ได้แก้ไขข้อบกพร่องนี้โดยการออกแบบ metasurface ใหม่ การออกแบบของพวกเขามี metasurface ที่ฝังควอนตัมดอทซึ่งวางอยู่บนกระจก Bragg ที่หักเหแสง นี่คือกระจกที่ประกอบขึ้นจากหลายชั้นซึ่งจัดเรียงเป็นระยะๆ โดยมีดัชนีการหักเหของแสงที่แตกต่างกัน กระจก Bragg สะท้อนแสงในช่วงความยาวคลื่นแคบๆ ในขณะที่ปล่อยให้แสงอื่นๆ ผ่านเข้ามา

ควอนตัมดอทแต่ละจุดปล่อยแสงที่ไม่ต่อเนื่องกัน และในการทดลอง ทีมของ Brener สังเกตว่าเมตาเซอร์เฟสทำให้แสงที่ไม่ต่อเนื่องกันจากควอนตัมดอทเกิดการเปลี่ยนแปลงเฟส การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ยับยั้งไม่ให้แสงกระจายออกไปในมุมกว้าง และทำให้แสงส่วนใหญ่กระจายไปในทิศทางเดียวแทน

ทิศทางการแพร่กระจายของแสงถูกควบคุมโดยการยิงพัลส์เลเซอร์ที่แตกต่างกันสองชุดที่เมตาพื้นผิว พัลส์หนึ่งจะแก้ไขดัชนีการหักเหของแสงชั่วคราวในขณะที่พัลส์อื่นทำให้จุดควอนตัมเปล่งแสง เป็นการดัดแปลงนี้ที่ควบคุมแสงที่ปล่อยออกมา

“เราสามารถควบคุมการแผ่รังสีที่ไม่ต่อเนื่องกันจากจุดควอนตัมที่ฝังอยู่ในพื้นผิวเมตาในช่วง 70 องศา” Brener อธิบาย ยิ่งไปกว่านั้น ยังสามารถบังคับทิศทางแสงในช่วงเวลาย่อยพิโควินาทีได้

Brener ชี้ให้เห็นว่าการออกแบบส่วนใหญ่เป็นเพียงการพิสูจน์แนวคิดสำหรับตอนนี้ โดยยังมีพื้นที่อีกมากสำหรับการปรับปรุงในอนาคต “ในอุปกรณ์ขั้นสุดท้าย รูปแบบนี้จะต้องได้รับการกำหนดค่าใหม่ทางไฟฟ้า เพื่อที่ในที่สุดคุณจะมีการรวมกันของ LED และหน้าสัมผัสอื่น ๆ เพื่อตั้งโปรแกรมมุมของการปล่อยใหม่” เขากล่าว

ต้องการการพัฒนาเพิ่มเติม

ทีมงานรับทราบว่าการนำเทคโนโลยีของตนไปใช้ประโยชน์ในเชิงพาณิชย์ยังต้องใช้เวลาอีกหลายปี แต่จากผลที่ได้รับจนถึงตอนนี้ พวกเขาหวังว่านักวิจัยคนอื่น ๆ จะเริ่มคิดถึงเทคโนโลยีที่หลากหลายที่อาจได้รับประโยชน์จากการจัดการควบคุมแสงที่ไม่ต่อเนื่องกัน

metasurface ของไมโครเวฟได้รับการกำหนดค่าใหม่โดยใช้สเต็ปปิ้งมอเตอร์

“บางทีอุปกรณ์ประเภทนี้อาจใช้แทนเลเซอร์นำทางได้” Brener กล่าว พร้อมเสริมว่าสามารถใช้เพื่อลดการใช้พลังงานในระบบไฟส่องสว่าง

แอปพลิเคชันอื่นๆ ที่เป็นไปได้ ได้แก่ จอแสดงผลขนาดเล็กที่สามารถฉายภาพโฮโลแกรมไปที่ดวงตาได้โดยตรงโดยใช้ไฟ LED ที่ใช้พลังงานต่ำ สิ่งนี้จะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์เสมือนจริงและความเป็นจริงเสริม ซึ่งทำให้ง่ายกว่าและถูกกว่าระบบที่ใช้เลเซอร์มาก ที่อื่น metasurface อาจมีประโยชน์ในการสำรวจระยะไกล ซึ่งรวมถึงระบบ LIDAR ที่ใช้โดยยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเองเพื่อแสดงภาพสภาพแวดล้อม

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน Photonics ธรรมชาติ.

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตไอสตรีม. ข้อมูลอัจฉริยะ Web3 ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• การสร้างอนาคตโดย Adryenn Ashley เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/reconfigurable-metasurface-steers-incoherent-light-in-less-than-a-picosecond/