Forskare vid University of Michigan och City University of New York har nyligen föreslagit och experimentellt validerat en transparent, elektroniskt avstämbar metasyta. Denna meta, presenteras i ett papper publicerat i Fysisk granskning X , kan rotera polarisationen av en godtyckligt polariserad infallsvåg utan att ändra dess axiella förhållande.

Metasytor är konstgjorda arkmaterial som är texturerade i en subvåglängdsskala för att producera skräddarsydda elektromagnetiska svar. Under de senaste åren har dessa material har möjliggjort oöverträffad kontroll över elektromagnetiska vågor, öppna intressanta möjligheter på många områden, inklusive trådlös kommunikation, bildhantering och energiupptagning.

Trots deras många fördelar, de flesta meta -ytdesigner erbjuder bara statiska funktioner. Den nya metaytan som forskarna tagit fram, å andra sidan, har dynamiskt justerbara egenskaper, och kan därför tillämpas inom en bredare variation av områden.

"Några år sedan, vår forskargrupp introducerade en pragmatisk metod för att förverkliga metasytor med skräddarsydda bianisotropa svar, "Zhanni Wu, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Detta tillvägagångssätt innebär kaskadmönstrade (dvs. anisotropa) metalliska ytor över en subvåglängdstjocklek för att uppnå riktad elektrisk, magnetiska och kirala/omega egenskaper. Tekniken är anpassad för plana mikro- och nanotillverkningstekniker, tillåter realisering av metasytor från RF till synliga våglängder. "

Under de senaste åren, samma team av forskare designade och realiserade flera metasytor, med olika funktioner. Även om dessa ultratunna metasytor uppnådde extrem vågfrontskontroll, deras funktioner förblev statiska och beroende av deras fasta geometriska parametrar.

"I det här arbetet, vi integrerade avstämbara enheter, varaktordioder, in i en metasyta för att uppnå dynamisk kontroll över metasytans svar, "Wu förklarade." Vi demonstrerade en transparent metasyta med ett avstämbart kiralt svar, som kan rotera polarisationen av en infallsvåg. "

Manipulera egenskaperna hos elektromagnetiska vågor (t.ex. amplitud, fas och polarisering) involverar vanligtvis en kombination av optiska komponenter, som linser, polarisatorer och vågplattor. Den nya metaytan som forskarna introducerade har en polarisationsrotator, som består av en avstämbar dubbelbrytande struktur inklämd mellan två ± 45 ° roterade meta-ytbaserade kvartvågsplattor.

"En konventionell avstämbar polarisationsrotator har vanligtvis flera våglängder i storlek (tiotals till hundratals) och består av två roterade kvartvågsplattor (linjära till cirkulära polarisatorer) placerade på vardera sidan av ett avstämbart dubbelbrytande medium, som ett flytande kristallskikt, "Anthony Grbic, en annan forskare som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Här, vi har ersatt denna skrymmande enhet med en kaskad av metasytor, vilket resulterar i en enhet med subvåglängdstjocklek och motsvarande funktionalitet. "

Den strategi som demonstrerades av Wu, Grbic och deras kollega Younes Ra'di möjliggör ultrakompakt design och kan tillämpas i mikrovågspolarimetriska system för karakterisering eller detektering av föremål. Till exempel, deras meta-ytbaserade polarisationsrotator skulle kunna integreras med ett antennelement för att utveckla ett kompakt antennsystem för polarimetrisk mikrovågsavbildning.

"Vårt arbete banar väg för platt/låg profil, dynamiskt avstämbara antenner och optiska/kvasioptiska system, "Grbic sa." Man kan tänka sig att ersätta skrymmande elektromagnetiska eller optiska inställningar som kräver kombinationer av konventionella komponenter inklusive linser, stämningselement, fasväxlar, rumsliga ljusmodulatorer, vågplattor, linjära polarisatorer helt enkelt med kaskad ultratunna, avstämbara metasytor. "

Den senaste studien utförd av Wu, Grbic och Ra'di introducerade en ny plattform som möjliggör full kontroll över den överförda vågfronten. Forskarna demonstrerade sitt tillvägagångssätt genom att utveckla en avstämbar polarisationsrotator, men den kan också användas för att skräddarsy reflekterade vågor. I framtiden, deras metod skulle därför kunna tillämpas på konstruktionen av en avstämbar metayta som inte bara roterar polariseringen av den reflekterade/överförda vågen, men styr också en balk i olika riktningar.

"Våra framtida forskningsplaner inkluderar också utvecklingsstaplade metasurfdesigner för justerbar amplitudkontroll, förutom den fas-/polariseringskontroll som vi hittills har visat, "Ra'di berättade för Phys.org." Ett ytterligare mål för oss är att översätta sådana meta -ytdesigner till optiska våglängder. "

© 2019 Science X Network