بالاعتماد على أحدث التطورات في السطوح الفوقية وعلم الفوتونات النانوية ، صمم باحثون في الولايات المتحدة مصدرًا جديدًا للضوء يمكنه توجيه أشعة الضوء غير المتماسك على فترات زمنية قصيرة للغاية. طورت بواسطة إيغال برينر وزملاؤهم في مختبرات سانديا الوطنية في نيو مكسيكو ، يتميز المصدر بسطح خارق قابل لإعادة التشكيل مدمج بنقاط كمومية. مع مزيد من التطوير ، يمكن استخدام المفهوم لتحسين عروض الواقع الافتراضي وأجهزة الاستشعار للمركبات المستقلة وأنظمة الإضاءة.

يتكون السطح الخفي البصري من نمط من المكونات الدقيقة ، يتفاعل كل منها مع الضوء. تنشأ الخصائص البصرية للسطح الخارق من التأثير الجماعي لهذه المكونات ويمكن استخدام الأسطح الخارقة لإنشاء مكونات بصرية مفيدة مثل العدسات المسطحة. تتميز الأسطح السطحية القابلة لإعادة التكوين بخصائص بصرية يمكن تغييرها بطرق خاضعة للرقابة ، مما يفتح المزيد من التطبيقات الممكنة.

في الآونة الأخيرة ، ابتكر الباحثون أسطحًا قابلة لإعادة التكوين يمكنها توجيه ضوء الليزر في اتجاهات محددة. كان هذا ممكنًا لأن ضوء الليزر متماسك - كل الضوء في الطور وبنفس الطول الموجي.

ومع ذلك ، لم يتم تحقيق توجيه الحزمة هذا للضوء غير المترابط المنبعث من المصادر اليومية مثل مصابيح LED والمصابيح المتوهجة. يوضح برينر: "في الوقت الحالي ، لا يوجد" جهاز "يمكنه إصدار ضوء مثل LED ، ويوجه الانبعاث ديناميكيًا في اتجاه معين في نفس الوقت".

نقاط الكم

في دراستهم ، عالج فريق Sandia هذا القصور من خلال تصميم metasurface جديد. يتميز تصميمهم بسطح خارق مدمج بنقطة كمية موضوعة على مرآة Bragg الانكسارية. هذه مرآة مكونة من طبقات متعددة مرتبة بشكل دوري بمؤشرات انكسار مختلفة. تعكس مرآة Bragg الضوء في نطاق ضيق من الأطوال الموجية ، بينما تسمح بمرور الضوء الآخر.

تبعث كل نقطة كمومية ضوءًا غير متماسك ، وفي تجاربهم ، لاحظ فريق برينر أن السطح الخارق تسبب في تغير الضوء غير المترابط من النقاط الكمومية. تمنع هذه التغييرات الضوء من الانتشار على نطاق واسع من الزوايا - وبدلاً من ذلك تتسبب في انتشار الكثير من الضوء في اتجاه واحد.

يتم التحكم في اتجاه انتشار الضوء عن طريق إطلاق نبضتين مختلفتين من الليزر على السطح الخارق. تقوم نبضة واحدة بتعديل مؤشر الانكسار للسطح الخارق مؤقتًا ، بينما تتسبب النبضة الأخرى في إصدار النقاط الكمومية للضوء. هذا التعديل هو الذي يوجه الضوء المنبعث.

يوضح برينر: "لقد تمكنا من توجيه الانبعاث غير المترابط من النقاط الكمومية المضمنة في السطح الخارق على مدى 70 درجة". علاوة على ذلك ، يمكن توجيه الضوء على نطاقات زمنية أقل من بيكو ثانية.

يشير برينر إلى أن التصميم هو في الغالب مجرد دليل على المفهوم في الوقت الحالي ، مع مساحة كبيرة للتحسين في المستقبل. "في الجهاز النهائي ، يجب إعادة تشكيل هذا النمط كهربائيًا ، بحيث يكون لديك في النهاية مزيج من LED والعديد من جهات الاتصال الأخرى لإعادة برمجة زاوية الانبعاث" ، كما يقول.

هناك حاجة إلى مزيد من التطوير

يقر الفريق بأن تسويق تقنيتهم ​​على الأرجح ما زال بعيدًا عدة سنوات. ومع ذلك ، بناءً على النتائج التي حققوها حتى الآن ، فإنهم يأملون أن يبدأ باحثون آخرون في التفكير في مجموعة واسعة من التقنيات التي يمكن أن تستفيد من التحكم في الضوء غير المتماسك.

يتم إعادة تكوين السطح الخارق للميكروويف باستخدام محركات متدرجة

يقول برينر: "ربما يمكن لهذا النوع من الأجهزة أن يحل محل الليزر القابل للتوجيه" ، مضيفًا أنه يمكن استخدامه لتقليل استهلاك الطاقة في أنظمة الإضاءة.

تتضمن التطبيقات الأخرى الممكنة شاشات عرض صغيرة يمكنها عرض صور ثلاثية الأبعاد مباشرة على العين باستخدام مصابيح LED منخفضة الطاقة. سيكون هذا مفيدًا بشكل خاص لأجهزة الواقع الافتراضي والواقع المعزز - مما يجعلها أبسط وأرخص بكثير من الأنظمة القائمة على الليزر. في مكان آخر ، يمكن أن يكون السطح الخارق مفيدًا في الاستشعار عن بعد. يتضمن ذلك أنظمة LIDAR التي تستخدمها المركبات ذاتية القيادة لتصور محيطها.

تم وصف البحث في طبيعة الضوئيات.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• أفلاطونايستريم. ذكاء بيانات Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• سك المستقبل مع أدرين أشلي. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/reconfigurable-metasurface-steers-incoherent-light-in-less-than-a-picosecond/