可重构超表面在不到一皮秒的时间内控制非相干光

借鉴超表面和纳米光子学的最新进展，美国研究人员设计了一种新光源，可以在超短时间尺度内控制非相干光束。 由开发 伊加尔布雷纳 和新墨西哥州桑迪亚国家实验室的同事，该源具有一个嵌入量子点的可重构超表面。 随着进一步的发展，该概念可用于改进虚拟现实显示器、自动驾驶汽车的传感器和照明系统。

光学超表面由微小组件组成，每个组件都与光相互作用。 超表面的光学特性源于这些组件的集体效应，超表面可用于创建有用的光学组件，例如平面透镜。 可重构超表面具有可以以受控方式改变的光学特性，开辟了更多可能的应用。

最近，研究人员创造了可重构的超表面，可以将激光引导到特定方向。 这是可能的，因为激光是相干的——所有的光都同相并且波长相同。

然而，对于 LED 和白炽灯泡等日常光源发出的非相干光，尚未实现这种光束控制。 “目前，没有任何‘设备’可以像 LED 一样发光，并同时动态地将发射引导到特定方向，”Brener 解释道。

量子点

在他们的研究中，桑迪亚团队通过设计一个新的超表面解决了这个缺点。 他们的设计具有位于折射布拉格镜上的嵌入量子点的超表面。 这是一面镜子，由多个周期性排列的折射率不同的层组成。 布拉格反射镜反射窄波段的光，同时允许其他光通过。

每个量子点都发出非相干光，在他们的实验中，Brener 的团队观察到超表面导致来自量子点的非相干光发生相变。 这些变化限制了光在很宽的角度范围内传播——而是导致大部分光在一个方向上传播。

光的传播方向通过在超表面发射两个不同的激光脉冲来控制。 一个脉冲暂时改变超表面的折射率，而另一个脉冲使量子点发光。 正是这种修改控制了发射的光。

“我们能够在 70 度范围内控制嵌入超表面的量子点的非相干发射，”Brener 解释说。 更重要的是，光可以在亚皮秒时间尺度上被控制。

Brener 指出，该设计目前主要只是概念验证，未来还有很大的改进空间。 他说：“在最终设备中，这种模式必须以电气方式重新配置，因此最终您将拥有一个 LED 和其他几个触点的组合，以重新编程发射角度。”

需要更多的发展

该团队承认，他们的技术商业化可能还需要几年时间。 然而，基于他们迄今为止取得的成果，他们希望其他研究人员将开始考虑可以从非相干光的受控操纵中受益的广泛技术。

使用步进电机重新配置微波超表面

“也许这种类型的设备可以取代可控激光器，”Brener 说，并补充说它可以用于减少照明系统的能源消耗。

其他可能的应用包括可以使用低功率 LED 将全息图像直接投射到眼睛上的小型显示器。 这对于虚拟现实和增强现实设备特别有用——使它们比基于激光的系统更简单、更便宜。 在其他地方，超表面可用于遥感。 这包括自动驾驶汽车用来可视化周围环境的激光雷达系统。

该研究描述于 自然光子学“.

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