En elektronisk afstembar metaoverflade, der roterer polarisering

Forskere ved University of Michigan og City University of New York har for nylig foreslået og eksperimentelt valideret en gennemsigtig, elektronisk indstillelig metasurface. Denne metaoverflade, præsenteret i et papir offentliggjort i Fysisk gennemgang X , kan rotere polarisationen af ​​en vilkårligt polariseret indfaldende bølge uden at ændre dens aksiale forhold.

Metasurfaces er kunstige pladematerialer tekstureret på en sub-bølgelængdeskala for at producere skræddersyede elektromagnetiske responser. I de seneste år, disse materialer har muliggjort hidtil uset kontrol over elektromagnetiske bølger, åbner interessante muligheder på mange områder, herunder trådløs kommunikation, billeddannelse og energihøst.

På trods af deres mange fordele, de fleste metasurface-designs tilbyder kun statiske funktionaliteter. Den nye metaoverflade udtænkt af forskerne, på den anden side, har dynamisk indstillelige egenskaber, og kunne derfor anvendes på en bredere vifte af områder.

"Et par år siden, vores forskergruppe introducerede en pragmatisk tilgang til at realisere metasurfaces med skræddersyede bianisotropiske responser, "Zhanni Wu, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Denne fremgangsmåde involverer kaskademønstrede (dvs. anisotrope) metalliske overflader over en subbølgelængde tykkelse for at opnå målrettet elektrisk, magnetiske og chirale/omega egenskaber. Teknikken er velegnet til plane mikro- og nanofabrikationsteknikker, tillader realisering af metaoverflader fra RF til synlige bølgelængder."

I løbet af de sidste par år har det samme team af forskere designet og realiserede flere metasurfaces, med forskellige funktioner. Selvom disse ultratynde metaoverflader opnåede ekstrem bølgefrontkontrol, deres funktionaliteter forblev statiske og afhængige af deres faste geometriske parametre.

"I dette arbejde, vi integrerede indstillelige enheder, varaktor dioder, ind i en metasflade for at opnå dynamisk kontrol over metasfladens respons, " forklarede Wu. "Vi demonstrerede en gennemsigtig metasurface med en afstembar chiral respons, som kan rotere polariseringen af ​​en hændelsesbølge. "

Manipulering af egenskaberne ved elektromagnetiske bølger (f.eks. Amplitude, fase og polarisering) involverer typisk en kombination af optiske komponenter, såsom linser, polarisatorer og bølgeplader. Den nye metasurface, der blev introduceret af forskerne, har en polarisationsrotator, som består af en afstemmelig dobbeltbrytende struktur klemt mellem to ± 45 ° roterede metasurface-baserede kvartbølge-plader.

"En konventionel afstembar polarisationsrotator har typisk flere bølgelængder i størrelse (tiere til hundredvis) og består af to roterede kvartbølgeplader (lineære til cirkulære polarisatorer) placeret på hver side af et afstemeligt dobbeltbrytende medium, som et flydende krystal lag, "Anthony Grbic, en anden forsker, der udførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Her, vi har erstattet denne omfangsrige enhed med en kaskade af metasurfaces, resulterer i en enhed med subbølgelængdetykkelse og tilsvarende funktionalitet."

Fremgangsmåden demonstreret af Wu, Grbic og deres kollega Younes Ra'di muliggør ultrakompakte designs og kan anvendes i mikrobølgepolarimetriske systemer til karakterisering eller detektion af objekter. For eksempel, deres metasurface-baserede polarisationsrotator kunne integreres med et antenneelement for at udvikle et kompakt antennesystem til polarimetrisk mikrobølgebilleddannelse.

"Vores arbejde baner vejen for flad/lav profil, dynamisk indstillelige antenner og optiske/kvasioptiske systemer, "Grbic sagde." Man kan forestille sig at udskifte omfangsrige elektromagnetiske eller optiske opsætninger, der kræver kombinationer af konventionelle komponenter, herunder linser, tuning elementer, faseskiftere, rumlige lysmodulatorer, bølgeplader, lineære polarisatorer simpelthen med kaskadede ultratynde, afstembare metaoverflader. "

Den nylige undersøgelse foretaget af Wu, Grbic og Ra'di introducerede en ny platform, der muliggør fuld kontrol over den transmitterede bølgefront. Forskerne demonstrerede deres tilgang ved at udvikle en indstillelig polarisationsrotator, men den kunne også bruges til at skræddersy reflekterede bølger. I fremtiden, deres metode kunne derfor anvendes til design af en afstembar metasurface, der ikke kun roterer polariseringen af ​​den reflekterede/transmitterede bølge, men styrer også en stråle i forskellige retninger.

"Vores fremtidige forskningsplaner omfatter også udviklingsstablet metasurface -design til justerbar amplitudekontrol, ud over den fase/polariseringskontrol, vi har demonstreret til dato, "Ra'di fortalte Phys.org. "Et yderligere mål for os er at oversætte sådanne metasurface designs til optiske bølgelængder."

© 2019 Science X Network