„Metasurface“ sukurs naujus „Li-Fi“ ir „Lidar Tech“.

Naujas derinamas išmanusis paviršius gali paversti vieną šviesos impulsą keliais spinduliais, kurių kiekvienas nukreiptas į skirtingas puses. „Principo įrodymo“ plėtra atveria duris įvairioms komunikacijos, vaizdo gavimo, jutimo ir medicinos naujovėms.

Tyrimas atliktas Caltech laboratorijoje Haris Atwateristaikomosios fizikos ir medžiagų mokslo profesorius, ir tai įmanoma dėl nanoinžinerijos būdu sukurtos medžiagos, vadinamos metapaviršius. „Tai yra dirbtinai sukurti paviršiai, kuriuos iš esmės sudaro nanostruktūriniai raštai“, – sakoma Prachi ThurejaAtwater grupės absolventas. „Taigi tai yra daugybė nanostruktūrų, ir kiekviena nanostruktūra iš esmės leidžia mums lokaliai valdyti šviesos savybes.”

Paviršius gali būti perkonfigūruojamas iki milijonų kartų per sekundę, kad būtų pakeista, kaip jis lokaliai valdo šviesą. Tai pakankamai greita, kad būtų galima valdyti ir nukreipti šviesą optinio duomenų perdavimo programoms, pvz optinės erdvės komunikacijos ir Li-Fitaip pat lidar.

„(Metapaviršius) suteikia precedento neturinčią laisvę valdyti šviesą“, – sakoma Aleksas MH Wongaselektrotechnikos docentas Honkongo miesto universitetas. „Galimybė tai padaryti reiškia, kad esamas belaidžio ryšio technologijas galima perkelti į optinį režimą. Li-Fi ir LIDAR yra puikūs pavyzdžiai.

Metasurfaces pašalina lęšių ir veidrodžių poreikį

Manipuliuoti ir nukreipti šviesos spindulius paprastai naudojami įvairūs įprasti lęšiai ir veidrodžiai. Šie lęšiai ir veidrodžiai gali būti mikroskopinio dydžio, tačiau jie vis tiek naudoja optines medžiagų savybes, pvz., Snello dėsniskuris apibūdina bangos fronto eigą per skirtingas medžiagas ir kaip tas bangos frontas nukreipiamas arba lūžta, atsižvelgiant į pačios medžiagos savybes.

Priešingai, naujasis darbas siūlo galimybę elektra manipuliuoti medžiagos optinėmis savybėmis naudojant puslaidininkinę medžiagą. Kartu su nano mastelio veidrodžio elementais, plokšti, mikroskopiniai įtaisai gali veikti kaip lęšiai, nereikalaujant ilgo lenkto ar išlenkto stiklo. O naujojo metapaviršiaus optinės savybės gali būti perjungiamos milijonus kartų per sekundę naudojant elektrinius signalus.

„Skirtumas nuo mūsų prietaiso yra tas, kad taikant skirtingą įtampą visame įrenginyje galime pakeisti šviesos, sklindančios iš veidrodžio, profilį, net jei jis fiziškai nejuda“, – sako popieriaus bendraautorius. Jaredas Sisleris-taip pat Atwater grupės absolventas. „Ir tada galime valdyti šviesą taip, lyg tai būtų elektra perprogramuojamas veidrodis.

Pats prietaisas, lustas, kurio kiekvienoje pusėje yra 120 mikrometrų, savo šviesos valdymo galimybes pasiekia su mažyčių aukso antenų paviršiumi, esančiu puslaidininkiniame indžio alavo oksido sluoksnyje. Manipuliuojant puslaidininkio įtampą, keičiasi medžiagos gebėjimas lenkti šviesą – taip pat žinomas kaip jos lūžio rodiklis. Tarp auksinių veidrodinių elementų atspindžio ir derinamos puslaidininkio lūžio gebos tampa įmanoma daug greitai derinamų šviesos manipuliacijų.

„Manau, kad visa idėja naudoti kietojo kūno metapaviršių arba optinį įrenginį šviesai nukreipti erdvėje ir naudoti tai informacijai koduoti – turiu omenyje, kad šiuo metu nieko panašaus nėra“, – sako Sisleris. „Taigi turiu galvoje, kad techniškai galite siųsti daugiau informacijos, jei galite pasiekti aukštesnius moduliavimo rodiklius. Tačiau kadangi tai tarsi naujas domenas, mūsų įrenginio našumas labiau skirtas tik principui parodyti.

Metasurfaces atveria daug naujų galimybių

Pasak Wongo, šis principas siūlo platų ateities technologijų spektrą, remiantis tuo, kas, jo teigimu, yra tikėtini artimiausio laikotarpio metapaviršiaus pokyčiai ir atradimai.

„Metapaviršius (gali būti) plokščias, itin plonas ir lengvas, o jis atlieka funkcijas, kurios paprastai pasiekiamos naudojant kruopščiai išlenktus lęšius“, – sako Wongas. „Mokslininkai šiuo metu vis dar atskleidžia didžiules metapaviršiaus galimybes.

„Patobulinus nanogamybą, dabar galima patikimai pagaminti elementus su mažais elementų dydžiais, daug mažesniais už bangos ilgį“, – tęsia Wong. „Daugelis metapaviršiaus funkcionalumo yra nuolat demonstruojamos, naudingos ne tik komunikacijai, bet ir vaizdavimui, jutimui, medicinai, be kitų sričių… Žinau, kad be akademinės bendruomenės susidomėjimo, įvairūs pramonės veikėjai taip pat labai domisi ir daro didelių investicijų, kad ši technologija būtų komercializuota“.