I en ny publikation från Opto-elektroniska framsteg , Forskare ledda av professor Jinghua Teng från Institute of Materials Research and Engineering, Byrån för vetenskap, Teknik och forskning (A*STAR), Singapore överväger ultrahög extinction-ratio ljusmodulering med elektriskt justerbara metasytor.

Metasytor är den tvådimensionella ekvivalenten för metamaterial, komponera diskreta subvåglängdsstrukturer, som har full kontroll över ljusegenskaper, såsom amplitud, fas, dispersion, Momentum, och polarisering. Metasytor används i olika applikationer som täcker elektromagnetiska spektra som sträcker sig från mikrovågsugn, terahertz, infraröd, synlig, till ultraviolett. Aktiv kontroll av ljusutbredning i synliga och nära-infraröda spektra har praktisk och grundläggande betydelse i autonoma fordon, robotar, visar, förstärkt och virtuell verklighet, hemelektronik, telekommunikation, och sensorer. För att ställa in en metasyta, man kan ändra antingen enhetens cellers egenskap eller dess omgivning. Detta kan göras genom att använda aktiva material i metasytan, som kan få sina egenskaper ändrade av en yttre stimulans.

I denna artikel föreslår författarna en ny elektriskt avstämbar metasyta för modulering av polariserat och opolariserat ljus. Här, indiumtennoxid (ITO) förlustande natur vid epsilon-nära-noll (ENZ) våglängd används för att utforma en elektriskt avstämbar meta-ytabsorberare. Meta -ytanhetscellen är konstruerad av en cirkulär resonator som består av två ITO -skivor och en hög dielektrisk konstant perovskitbariumstrontiumtitanatfilm. ENZ -våglängden i ackumulerings- och utarmningsskikten på ITO -skivor styrs genom att applicera en enda förspänning. Kopplingen av magnetisk dipolresonans med ENZ -våglängden inuti ackumuleringsskiktet av ITO -film orsakar total absorption av reflekterat ljus. Reflektionsamplituden kan uppnå ~ 84 dB eller ~ 99,99% modulationsdjup i operationsvåglängden på 820 nm vid en förspänning på -2,5 V. Dessutom har metaytan är okänslig för polariseringen av det infallande ljuset på grund av resonatorernas cirkulära utformning och den symmetriska utformningen av förspänningsanslutningar.

Ljusmodulering med hög hastighet och högt utrotningsförhållande med låg strömförbrukning vid nära infrarött spektrum har potentiella tillämpningar i många optiska system och enheter, inklusive men inte begränsat till optisk signalbehandling, spektroskopi, växlande, och ljusdetektering och intervall (LiDAR). Optisk chopper och slutare, litiumniobatmodulator, flytande kristalldämpare, och fotoelastisk modulator är bland de kommersiellt tillgängliga anordningarna för att modulera ljusintensiteten. Optisk chopper och slutare använder mekaniska mekanismer, som har långsam hastighet och stor storlek samtidigt som de förbrukar hög effekt. Litiumniobatmodulator styrs av elektrisk signal och har den högsta moduleringshastigheten upp till 40 GHz, dock, kräver hög spänning. Fotoelastiska modulatorer använder olika typer av bulkkristaller för olika operativa våglängder, kräver hög elektrisk spänning och extra polarisatorer som begränsar deras tillämpningar. Slutare för flytande kristallstrålar lider av mycket låg omkopplingshastighet. Den föreslagna elektriskt avstämbara metasytan utnyttjar förlusten av indiumtennoxid (ITO) vid epsilon-nära-noll (ENZ) våglängd för att modulera intensiteten hos reflekterat ljus, som kan uppnå upp till ~ 84 dB eller ~ 99,99% modulationsdjup vid en mycket låg spänning på ± 2,5 volt. Meta -ytmodulatorn är okänslig för polariseringen av det infallande ljuset och är därför lämplig för en kompakt design utan behov av några extra polarisatorer. Dessutom, den elektriskt avstämbara metasytan med dubbel ITO -filmdesign kan fungera vid gigahertz -kommuteringshastigheter.