Дослідники розробили новий метод на основі метасінхепів для створення терагерц Складні векторні світлові поля з використанням поверхневих хвиль.
Нещодавній документ в опто-електронічних науках досліджує генерацію комплексних векторних полів Terahertz комплексу на метасерфіні, керованій поверхневими хвилями.
У міру просування інформаційних та комунікаційних технологій – особливо з піднесенням 5G та 6G мереж, Штучний інтелектІ Інтернет речей-зростає попит на пристрої оптичного управління на мікросхемі, які пропонують високу пропускну здатність, швидку експлуатацію, низьке споживання електроенергії та компактний розмір. Однак звичайні оптичні пристрої часто борються з обмеженнями, такими як об'ємність, низька ефективність та обмежені контрольні можливості.
Метасурфаси-це новий клас оптичних пристроїв, що складаються з ультрапідйомних, штучних структур підрозділу, розташованих у точних моделях. Ці інженерні поверхні дають можливість надзвичайних оптичних ефектів, включаючи аномальне відображення та заломлення, площинні призми, голографічну візуалізацію та збудження поверхневої хвилі. Недавні дослідження досліджували використання поверхневих хвиль на мікросхемі як джерела збудження, використовуючи метасурфери для ефективного роз'єднання поверхневих хвиль та контролю хвильових фронтів у вільному просторі, розширення можливостей для оптичних застосувань на мікросхемі.
Однак більшість попередніх досліджень були зосереджені насамперед на контролі фаз. Досягнення одночасного контролю над фазою, амплітудою та поляризацією залишається головним завданням, але це важливо для більш гнучких та вдосконалених маніпуляцій з світлом.
Новий метод генерування складних векторних променів
У цьому документі пропонується загальний метод проектування ультракомпактних оптичних пристроїв на мікросхемі, які можуть ефективно генерувати заздалегідь розроблені складні векторні промені хвиль (VOF) під збудженням поверхневої хвилі (SW) з експериментальною перевіркою в діапазоні частот терагерца (ТГц).
Для відбиваючих метасерфінних пристроїв з лінійною геометричною фазою, при освітленні лінійним поляризованим світлом у вертикальному напрямку, розсіяне поле одночасно буде містити як віджимання, так і не залежний від спіну, і нормальні режими (як показано на рис. 1А).
Зі збільшенням кута падіння один із аномальних режимів і нормальних режимів, після маніпулювання метасерфінгом, обидва кути відбиття поступово збільшуються. Коли падаюча хвиля є поверхневою хвилею на мікросхемі, режим “виживаючий” у вільному просторі є специфічним поляризованим світлом, і як кут випромінювання, так і стан поляризації цього режиму можуть бути довільно контрольовані шляхом проектування фазового градієнта Metasurface (рис. 1б, С).
Композитні метасурфаси для складних векторних світлових полів
Спираючись на вищезазначені концепції, дослідники також запропонували ідею розробити композитні метасурфаси для випромінювання складних векторних світлових полів. Традиційний сингл «Штучний атом”Розширюється на 2 × 2« Штучна молекула », де різні субодиниці (синій та фіолетовий) мають незалежні кути обертання та напрямки.
При освітленні поверхневих хвиль ці субодиниці можуть одночасно випромінювати ліворучну кругову поляризацію (LCP) та компоненти кругової поляризації (RCP). Контролюючи компоненти локальної фази та поляризації за допомогою перешкод, специфічні хвильові фронти та розподіл поляризації векторних променів можуть бути побудовані в макроскопічній шкалі (рис. 1D).
Для досягнення цієї концепції дослідники розробили універсальний метод проектування, який розкладає поле цільового векторного світла на суму різних хвильових векторів та векторів кругової поляризації. Завдяки відображенням між цільовим загальним полем та штучними атомами визначаються проектні параметри композитної метасерфери, в кінцевому рахунку завершуючи проект пристрою прототипу (рис. 2А).
Наприклад, дослідники розробили пристрій Terahertz, який генерує радіально поляризований промінь бессель під збудженням поверхневої хвилі. Використовуючи повну хвилю і моделювання та сканування поблизу, морфологія світлого поля була продемонстрована в різних площинах та напрямках поляризації, показуючи відмінну згоду, тим самим перевіряючи видатні показники пристрою (рис. 2В-G). Це дослідження забезпечує новий підхід для досягнення високо інтегрованих пристроїв Terahertz на мікросхемі, з широкими перспективами застосування в таких сферах, як біосенсинг, швидкісне спілкування, лідері розширена і віртуальна реальність (AR/VR).
Довідка: “Ефективне покоління векторних променів терагерца з використанням збуджених метасурфаків поверхневих хвиль” Чжуо Ванг, Вейканг Пан, Ю. Х., Чхіян Чжу, Сіангю Джин, Мухан Лю, Шаоджі Ма, Ціог Хе, Шулін Сун та Лей Чжоу, 15 січня 2025 року , Оптоелектронна наука.
Два: 10.29026/OES.2025.240024