Den föreslagna optiskt förhörda digitala plattformen (OIDP) och dess prestanda. a, b, Simulerade elektriska fältintensitetsfördelningar för komponenten Ey på y – z -planet vid 5,8 GHz för det oklädda fodralet (a) och det tillslutna fodralet (b). c, d, Simulerade intensitetsfördelningar av Ey -elektriska fältkomponenter på y -z -planet vid 6,5 GHz av metaytan (c) och målet (d). e, f, Simulerade 3D -virvelstrålar med l =1 (e) och I =-2 (f) -lägen vid 6,5 GHz. g, h, Simulerade fasfördelningar av Ey -elektriska fältkomponenter på virvelstrålarnas x – y -plan med l =1 (g) och −2 (h) lägen. jag, j, Fotografier av den översta programmerbara metasytan (i) och den nedre OIN -gruppen (j). k, Fotografi av mikrovågsmätningsinställningen. l, Mätt och simulerat 2D -spridningsmönster för det oklädda fodralet, täckt fodral och kopparplatta vid 5,8 GHz. m, Mätt och simulerat 2D -spridningsmönster för den plana metasytan och måttstegen vid 6,5 GHz, respektive. n, o, Mätt och simulerat 2D -spridningsmönster för virvelstrålarna med l =1 (n) och −2 (o) -lägen vid 6,5 GHz. Upphovsman:Zhang et al.
Kodning, digital, och programmerbara metasytor är konstruerade ytor som kan användas för att manipulera elektromagnetiska vågor, introducerades först av prof. Tie Jun Cui och hans kollegor 2014. På grund av deras många fördelaktiga egenskaper, dessa konstgjorda strukturer har nyligen blivit i fokus för ett antal forskningsstudier.
Förutom att realisera de funktioner som de är programmerade att slutföra, programmerbara metasytor kan styra elektromagnetiska vågor och digital information samtidigt. Denna unika funktion gör att de kan fungera som en bro mellan fysiska och digitala världar. Trots denna gynnsamma kvalitet, mest kodning, digitala och programmerbara metasytor som utvecklats hittills är ganska komplexa och kräver en stor mängd skrymmande hårdvarukomponenter.
Forskare vid Southeast University i Kina har nyligen utvecklat en ny optiskt driven digital metayta som kan programmeras för att implementera elektromagnetiska funktioner. Strukturen de skapade, presenteras i ett papper publicerat i Nature Electronics , kan hjälpa forskare att övervinna några av begränsningarna för digitala metasytor som introducerades i tidigare studier.
"De flesta befintliga digitala kodningar och programmerbara metasytor kräver elektriska ledningar, komplexa styrkretsar och skrymmande strömförsörjningar, "Wei Xiang Jiang, en av forskarna som genomförde studien, berättade TechXplore. "För att lösa problemet, vi försökte hitta ett sätt att ta bort dessa elektriska ledningar och komplexa styrkretsar. "
Tillbaka 2015, Jiang och hans kollegor tillverkade en ljusstyrd transformations-DC-enhet baserad på ett motståndsnätverk, inbäddad med ljuskänsliga halvledande motstånd. I deras nya studie, de använde samma koncept för ljusstyrning i kärnan i den här enheten för att designa och förverkliga en optiskt driven programmerbar metayta.
"Huvudsyftet med vårt arbete var att eliminera kors-talk mellan DC-signalen och mikrovågssignalen, och för att realisera kontaktlösa fjärrprogrammerbara metasystem, "Sade Wei Xiang." För att förverkliga en specifik funktion, vi måste först designa mönster för synligt ljus, som kommer att konverteras till spänningarna som är förspända till metaytelementen av det optiska förfrågningsnätverket. Sedan, metasytan kommer att generera specifika mikrovågsreflektionsfasfördelningar och realisera olika funktioner på ett programmerbart sätt. "
Den optiskt drivna konstgjorda strukturen som utvecklats av Wei Xiang och hans kollegor har 6 x 6 underarrayer, var och en innehåller 4 x 4 metaytelement baserade på elektroniska varaktorer. Dessa element kombineras med ett optiskt nätverk av fotodioder som kan omvandla synligt ljusmönster till spänningar och i slutändan producera specifika mikrovågsreflektionsfasfördelningar.
I motsats till digitala och programmerbara metasytor som introducerades i tidigare studier, den nya metasytan kan fungera inom ett brett spektrum av bandbredder och kan programmeras på distans. Detta innebär att det inte kräver ledningar och andra skrymmande kraftkällor.
"De viktigaste funktionerna i vårt programmerbara system inkluderar låg vikt, liten storlek, och trådlös inställning, "Wei Xiang förklarade." Dessutom, vi kan använda ljusintensiteten för att styra mikrovågsfasen, som kan vara av värde för att utveckla hybrid elektroniska-fotoniska enheter och system för mer avancerade elektroniska och kommunikationssystem. "
Det optiskt drivna systemet som föreslås av detta forskargrupp kan i slutändan vara en bro mellan synligt ljus och mikrovågskommunikation. I framtiden, det kan möjliggöra utveckling av lättare, mer avancerad elektronik och kommunikationsenheter.
Än så länge, Wei Xiang och hans kollegor har visat sin metas yta genom att programmera den för att utföra tre nyckelfunktioner:extern mantel, illusion, och dynamisk virvelstrålegenerering. Dock, samma struktur kan också potentiellt programmeras för en mängd andra applikationer.
"Vi planerar nu att börja undersöka ett kommunikationssystem för synligt ljus och mikrovågsugn baserat på den tillverkade optiskt drivna programmerbara metasytan som kan omvandla ljussignalen till mikrovågssignalen, "Tillade Wei Xiang.
© 2020 Science X Network
