Under det senaste decenniet har metasytor som distribuerar tvådimensionella artificiella nanostrukturer dykt upp som en banbrytande plattform för att manipulera ljus över olika frihetsgrader. Dessa metasytor uppvisar betydande potential i grundläggande vetenskaplig forskning och industriella tillämpningar.
Jämfört med den statiska kontrollen av optiska fält introducerar dynamisk optisk fältkontroll nya kontrollvariabler i tidsdomänen, vilket möjliggör strålformning i realtid, rumslig ljusmodulering, informationsbehandling och mer. Aktiva metasytor, som kan manipulera ljus i både rumsliga och tidsmässiga domäner med höga hastigheter, har potential att öppna nya gränser inom fotonisk teknik, och överbrygga gapet mellan teoretisk fysik och praktiska tillämpningar.
Dynamisk omkonfigurerbar funktionalitet är nyckeln. Trots att man utforskar en rad olika material och tekniker för att förbättra metasytor avstämning, är det fortfarande en formidabel utmaning att uppnå avstämbara vågfronter i mycket höga hastigheter. Lyckligtvis ger den senaste uppkomsten av litium-niobat-på-isolator-teknik (LNOI) en lovande plattform för avstämbar metayta i ultrahög hastighet.
LNOI utmärker sig som ett mångsidigt material för fotoniska integrerade kretsar (PIC), särskilt på grund av dess enastående elektrooptiska effekt. Denna teknik har avsevärt avancerade PIC:er, vilket positionerar dem som en ledande plattform för framtida höghastighetsenheter för elektrooptisk modulering.
Nyligen har en gemensam forskargrupp från East China Normal University och Nanjing University framgångsrikt integrerat elektroder, metasytor och LNOI fotoniska vågledare - allt i en PIC-enhet. Som rapporterats i Avancerad fotonik , demonstrerar de en ultrahöghastighetsvågfrontsformande metayta med den integrerade PIC-drivna metaytan.
Genom att applicera olika elektriska signaler på elektroderna uppvisar enheten förmågan att forma vilken vågfront som helst i omkonfigurerbara godtyckliga polarisationstillstånd. Forskarna visar upp den snabba inställningen av olika funktioner, inklusive lateral brännpunktsposition och brännviddskontroll, orbital angular momentum (OAM) och Bessel-strålar.
Genom effektiv kombination av utbredningsfasen och geometriska fasen av dubbelbrytande nanostrukturer inom detta vågledarschema, kan avstämningen av dessa funktionaliteter kontrolleras i godtyckliga ortogonala polarisationer. De experimentella mätningarna visar systemets funktion vid modulationshastigheter på upp till 1,4 gigahertz.
Författarna betonar att det nuvarande höghastighetsmoduleringsresultatet är preliminärt. Enheten har potential att öka moduleringshastigheten till hundratals gigahertz genom att optimera designen av elektroderna och utnyttja den elektrooptiska effekten av litiumniobat.
Motsvarande författare Prof. Lin Li, från State Key Laboratory of Precision Spectroscopy vid East China Normal University, anmärker:"Integrationen av subvåglängds metasytor och optiska vågledare erbjuder ett mångsidigt och effektivt sätt att manipulera ljus över flera frihetsgrader med hög hastighet i kompakta PIC-enheter Detta framsteg banar väg för potentiella tillämpningar inom optisk kommunikation, beräkning, avkänning och bildbehandling."
Mer information: Haozong Zhong et al, Gigahertz-hastighetsväxlingsbar vågfrontsformning genom integration av metasytor med fotonisk integrerad krets, Avancerad fotonik (2024). DOI:10.1117/1.AP.6.1.016005
Journalinformation: Avancerad fotonik
Tillhandahålls av SPIE
