Metasurface có thể cấu hình lại điều khiển ánh sáng rời rạc trong vòng chưa đầy một pico giây

Rút ra từ những tiến bộ mới nhất trong siêu bề mặt và quang tử nano, các nhà nghiên cứu ở Hoa Kỳ đã thiết kế một nguồn sáng mới có thể điều khiển các chùm ánh sáng rời rạc trong khoảng thời gian siêu ngắn. Được phát triển bởi Igal Brener và các đồng nghiệp tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia ở New Mexico, nguồn này có một siêu bề mặt có thể cấu hình lại được nhúng bằng các chấm lượng tử. Với sự phát triển hơn nữa, khái niệm này có thể được sử dụng để cải thiện màn hình thực tế ảo, cảm biến cho xe tự lái và hệ thống chiếu sáng.

Một siêu bề mặt quang học bao gồm một mẫu các thành phần nhỏ, mỗi thành phần tương tác với ánh sáng. Các tính chất quang học của siêu bề mặt phát sinh từ hiệu ứng tập thể của các thành phần này và siêu bề mặt có thể được sử dụng để tạo ra các thành phần quang học hữu ích như thấu kính phẳng. Các siêu bề mặt có thể cấu hình lại có các thuộc tính quang học có thể thay đổi theo những cách được kiểm soát, mở ra nhiều ứng dụng khả thi hơn nữa.

Gần đây, các nhà nghiên cứu đã tạo ra các siêu bề mặt có thể cấu hình lại để có thể điều khiển ánh sáng laser theo các hướng cụ thể. Điều này có thể xảy ra vì ánh sáng laze là kết hợp – tất cả ánh sáng đều cùng pha và có cùng bước sóng.

Tuy nhiên, điều khiển chùm tia này đã không đạt được đối với ánh sáng rời rạc phát ra từ các nguồn hàng ngày như đèn LED và bóng đèn sợi đốt. Brener giải thích: “Hiện tại, không có 'thiết bị' nào có thể phát ra ánh sáng như đèn LED và tự động điều khiển phát xạ theo một hướng cụ thể cùng một lúc.

Chấm lượng tử

Trong nghiên cứu của họ, nhóm Sandia đã giải quyết thiếu sót này bằng cách thiết kế một siêu bề mặt mới. Thiết kế của họ có một siêu bề mặt nhúng chấm lượng tử được định vị trên gương Bragg khúc xạ. Đây là một chiếc gương được tạo thành từ nhiều lớp được sắp xếp theo chu kỳ với các chiết suất khác nhau. Gương Bragg phản chiếu ánh sáng trong một dải bước sóng hẹp, đồng thời cho phép ánh sáng khác đi qua.

Mỗi chấm lượng tử phát ra ánh sáng rời rạc và trong các thí nghiệm của họ, nhóm của Brener đã quan sát thấy rằng metasurface khiến ánh sáng rời rạc từ các chấm lượng tử thay đổi pha. Những thay đổi này hạn chế ánh sáng lan ra trên nhiều góc độ – và thay vào đó khiến phần lớn ánh sáng truyền theo một hướng.

Hướng truyền của ánh sáng được điều khiển bằng cách bắn hai xung laser khác nhau vào metasurface. Một xung tạm thời thay đổi chỉ số khúc xạ của metasurface, trong khi xung còn lại khiến các chấm lượng tử phát ra ánh sáng. Chính sự sửa đổi này đã điều khiển ánh sáng phát ra.

Brener giải thích: “Chúng tôi có thể điều khiển sự phát xạ không nhất quán từ các chấm lượng tử được nhúng vào siêu bề mặt trong phạm vi 70 độ. Hơn nữa, ánh sáng có thể được điều khiển trong khoảng thời gian dưới pico giây.

Brener chỉ ra rằng thiết kế hiện tại chủ yếu chỉ là một bằng chứng về khái niệm, còn nhiều chỗ để cải tiến trong tương lai. Ông nói: “Trong thiết bị cuối cùng, mô hình này sẽ phải được cấu hình lại bằng điện, để cuối cùng bạn có sự kết hợp giữa đèn LED và một số tiếp điểm khác để lập trình lại góc phát xạ.

Cần phát triển thêm

Nhóm nghiên cứu thừa nhận rằng việc thương mại hóa công nghệ của họ có thể vẫn còn vài năm nữa. Tuy nhiên, dựa trên những kết quả mà họ đã đạt được cho đến nay, họ hy vọng rằng các nhà nghiên cứu khác sẽ bắt đầu nghĩ về một loạt các công nghệ có thể hưởng lợi từ việc điều khiển ánh sáng không kết hợp có kiểm soát.

Siêu bề mặt vi sóng được cấu hình lại bằng động cơ bước

Brener nói: “Có thể loại thiết bị này có thể thay thế các tia laze điều khiển được,” đồng thời cho biết thêm rằng nó có thể được sử dụng để giảm mức tiêu thụ năng lượng trong các hệ thống chiếu sáng.

Các ứng dụng khả thi khác bao gồm màn hình nhỏ có thể chiếu hình ảnh ba chiều trực tiếp lên mắt bằng cách sử dụng đèn LED công suất thấp. Điều này sẽ đặc biệt hữu ích cho các thiết bị thực tế ảo và tăng cường — làm cho chúng trở nên đơn giản và rẻ hơn nhiều so với các hệ thống dựa trên laser. Ở những nơi khác, metasurface có thể hữu ích trong viễn thám. Điều này bao gồm các hệ thống LIDAR được sử dụng bởi các phương tiện tự lái để hình dung môi trường xung quanh.

Nghiên cứu được mô tả trong Thiên nhiên Photonics.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoAiStream. Thông minh dữ liệu Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Đúc kết tương lai với Adryenn Ashley. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/reconfigurable-metasurface-steers-incoherent-light-in-less-than-a-picosecond/