En optisk drevet digital metasurface til at bygge bro mellem synligt lys og mikrobølgekommunikation

Kodning, digital, og programmerbare metasurfaces er konstruerede overflader, der kan bruges til at manipulere elektromagnetiske bølger, første gang introduceret af prof. Tie Jun Cui og hans kolleger i 2014. På grund af deres mange fordelagtige egenskaber, disse kunstige strukturer er for nylig blevet fokus for en række forskningsstudier.

Ud over at realisere de funktioner, de er programmeret til at udføre, programmerbare metasurfaces kan kontrollere elektromagnetiske bølger og digital information samtidigt. Denne unikke funktion giver dem mulighed for at fungere som en bro mellem fysiske og digitale verdener. På trods af denne gunstige kvalitet, mest kodning, digitale og programmerbare metasurfaces, der er udviklet indtil videre, er ret komplekse og kræver en stor mængde omfangsrige hardwarekomponenter.

Forskere ved Southeast University i Kina har for nylig udviklet en ny optisk drevet digital metasurface, der kan programmeres til at implementere elektromagnetiske funktioner. Den struktur de skabte, præsenteret i et papir udgivet i Naturelektronik , kunne hjælpe forskere med at overvinde nogle af de begrænsninger af digitale metasurfaces, der er introduceret i tidligere undersøgelser.

"De fleste eksisterende digital kodning og programmerbare metasurfaces kræver elektriske ledninger, komplekse kontrolkredsløb og voluminøse strømforsyninger, "Wei Xiang Jiang, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte TechXplore. "For at løse problemet, vi forsøgte at finde en måde at fjerne disse elektriske ledninger og komplekse kontrolkredsløb."

Tilbage i 2015, Jiang og hans kolleger fremstillede en lysstyret transformations-dc-enhed baseret på et modstandsnetværk, indlejret med lysfølsomme halvledende modstande. I deres nye undersøgelse, de brugte det samme koncept for lysstyring i kernen af ​​denne enhed til at designe og realisere en optisk drevet programmerbar metasurface.

"Hovedformålene med vores arbejde var at eliminere krydstale mellem DC-signalet og mikrobølgesignalet, og at realisere berøringsfri fjernprogrammerbare metasystemer, " sagde Wei Xiang. "For at realisere en bestemt funktion, Vi skal først designe belysningsmønstre for synligt lys, som vil blive konverteret til de spændinger, der er forspændt til metasurface-elementerne af det optiske forespørgselsnetværk. Derefter, metaoverfladen vil generere specifikke mikrobølgereflektionsfasefordelinger og realisere forskellige funktioner på programmerbar måde."

Den optisk drevne kunstige struktur udviklet af Wei Xiang og hans kolleger har 6 x 6 subarrays, hver indeholdende 4 x 4 metasurface-elementer baseret på elektroniske varaktorer. Disse elementer er kombineret med et optisk netværk lavet af fotodioder, der kan konvertere synlige lysmønstre til spændinger og i sidste ende producere specifikke mikrobølgereflektionsfasefordelinger.

I modsætning til digitale og programmerbare metasurfaces introduceret i tidligere undersøgelser, den nye metasurface kan fungere inden for en bred vifte af båndbredder og kan fjernprogrammeres. Det betyder, at det ikke kræver ledninger og andre voluminøse strømkilder.

"De vigtigste funktioner i vores programmerbare system inkluderer let vægt, lille størrelse, og trådløs tuning, Wei Xiang forklarede. vi kan bruge lysintensiteten til at styre mikrobølgefasen, som kunne være af værdi i udviklingen af ​​hybride elektronisk-fotoniske enheder og systemer til mere avancerede elektroniske og kommunikationssystemer."

Det optisk drevne system foreslået af dette team af forskere kan i sidste ende som en bro mellem synligt lys og mikrobølgekommunikation. I fremtiden, det kunne muliggøre udviklingen af ​​lettere, mere avanceret elektronik og kommunikationsenheder.

Indtil nu, Wei Xiang og hans kolleger har demonstreret mulighederne for deres metasurface ved at programmere den til at udføre tre nøglefunktioner:ekstern tilsløring, illusion, og dynamisk vortex-strålegenerering. Imidlertid, den samme struktur kan også potentielt programmeres til en række andre applikationer.

"Vi planlægger nu at begynde at undersøge et synligt lys og mikrobølge hybrid kommunikationssystem baseret på den fremstillede optisk drevne programmerbare metasurface, der kan konvertere lyssignalet til mikrobølgesignalet, " tilføjede Wei Xiang.

© 2020 Science X Network