Rekonfigurerbare metaoverflader giver lysstyring i nanoskala

Forskere har designet elektromekanisk rekonfigurerbare ultratynde optiske elementer, der kan styres og programmeres på et pixel-for-pixel-niveau. Disse alsidige metasurfaces kunne tilbyde en ny chip-baseret måde at opnå nanoskala kontrol af lys, hvilket kan føre til bedre optiske skærme, informationskodning og digital lysbehandling.

"Metasurfaces er ultratynde og kompakte optiske elementer, der kan bruges til at manipulere amplituden, fase og polarisering af lys, " sagde leder af forskerteamet Jiafang Li fra Beijing Institute of Technology i Kina. "Selvom de fleste metaoverflader er statiske og passive, vi skabte metaoverflader, der mekanisk deformeres som reaktion på elektrostatiske kræfter."

I tidsskriftet The Optical Society (OSA) Optik Express , forskerne beskriver, hvordan de skabte de nye metaoverflader ved hjælp af nanoskalateknikker inspireret af kirigami, en variation af origami, der inkluderer klipning såvel som foldning. Dette tillod dem at skabe lille enheder, der omdannes fra 2D-design til 3D-strukturer, når en spænding påføres.

"Vi var i stand til at skabe en dynamisk holografisk visning ved hjælp af vores rekonfigurerbare metasurface, " sagde Li. "Disse optiske elementer kan føre til nye typer enheder med optisk multitasking og genskrivbare funktionaliteter. De kan også bruges i realtids 3D-skærme og højopløsningsprojektorer, for eksempel."

Spiralmønstre, der transformerer fra 2D til 3D

For at skabe de nye metasurflader, forskerne designet et gentaget 2D-mønster af to kombinerede spiraler, der er ætset ind i en guld nanofilm og suspenderet over siliciumdioxidsøjler. Enhederne er arrangeret i et firkantet gitter med kun to mikrometer mellem hver enkelt. Når en spænding påføres, spiralerne deformeres på grund af elektrostatiske kræfter. Denne transformation, som kan vendes og gentages, kan bruges til dynamisk at modulere metasoverfladens optiske egenskaber.

Forskerne brugte deres nye tilgang til at lave to typer metasurfaces til styring af lys på en pixel-for-pixel basis. En metasurface brugte den samme spænding til at deformere hver enhed, men indeholdt spiraler med strukturelle mønstre, der varierede for at skabe forskellige deformationshøjder. Den anden metasurface brugte forskellige spændinger påført hver enhed for at opnå forskellige deformationshøjder for enheder med identiske strukturelle mønstre.

Som en proof-of-concept demonstration, forskerne brugte disse metaoverflader til at demonstrere strålestyring og til at lave en holografisk visning. "Vi var i stand til at rekonstruere billeder fra metasfladen ved blot at kontrollere spændingsforspændingen, beviser gennemførligheden af ​​vores ordning for effektiv lysmodulation, "sagde Li.

Forskerne planlægger at udforske strategier, der kan bruges til at opnå pixeleret spændingskontrol, såsom multi-line adresseringsmetoden, der bruges til at køre flere rækker samtidigt i kommercielle OLED-skærme. For at gøre teknologien mere praktisk, de arbejder også på at forbedre signal-til-støj-forholdet og modulationskvaliteten af ​​rekonfigurationssystemet.