codering, digitaal, en programmeerbare meta-oppervlakken zijn geconstrueerde oppervlakken die kunnen worden gebruikt om elektromagnetische golven te manipuleren, voor het eerst geïntroduceerd door Prof. Tie Jun Cui en zijn collega's in 2014. Vanwege hun vele voordelige eigenschappen, deze kunstmatige structuren zijn onlangs de focus geworden van een aantal onderzoeken.

Naast het realiseren van de functies waarvoor ze zijn geprogrammeerd, programmeerbare meta-oppervlakken kunnen tegelijkertijd elektromagnetische golven en digitale informatie besturen. Deze unieke functie stelt hen in staat om te fungeren als een brug tussen fysieke en digitale werelden. Ondanks deze gunstige kwaliteit, de meeste codering, digitale en programmeerbare meta-oppervlakken die tot nu toe zijn ontwikkeld, zijn behoorlijk complex en vereisen een enorme hoeveelheid omvangrijke hardwarecomponenten.

Onderzoekers van de Southeast University in China hebben onlangs een nieuw optisch aangedreven digitaal meta-oppervlak ontwikkeld dat kan worden geprogrammeerd om elektromagnetische functies te implementeren. De structuur die ze hebben gecreëerd, gepresenteerd in een paper gepubliceerd in Natuur Elektronica , zou onderzoekers kunnen helpen om enkele van de beperkingen van digitale metasurfaces die in eerdere studies zijn geïntroduceerd, te overwinnen.

"De meeste bestaande digitale codering en programmeerbare meta-oppervlakken vereisen elektrische draden, complexe regelcircuits en omvangrijke voedingen, "Wei Xiang Jiang, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde TechXplore. "Het probleem oplossen, we hebben geprobeerd een manier te vinden om deze elektrische draden en complexe besturingscircuits te verwijderen."

Terug in 2015, Jiang en zijn collega's fabriceerden een lichtgestuurd transformatie-dc-apparaat op basis van een weerstandsnetwerk, ingebed met lichtgevoelige halfgeleidende weerstanden. In hun nieuwe studie ze gebruikten hetzelfde concept van lichtregeling in de kern van dit apparaat om een ​​optisch aangedreven programmeerbaar meta-oppervlak te ontwerpen en te realiseren.

"De belangrijkste doelstellingen van ons werk waren het elimineren van de overspraak tussen het DC-signaal en het microgolfsignaal, en om contactloze programmeerbare metasystemen op afstand te realiseren, "Wei Xiang zei. "Om een ​​specifieke functie te realiseren, we moeten eerst verlichtingspatronen voor zichtbaar licht ontwerpen, die zal worden geconverteerd naar de spanningen die door het optische ondervragingsnetwerk zijn voorgespannen op de metasurface-elementen. Vervolgens, het meta-oppervlak zal specifieke microgolfreflectiefaseverdelingen genereren en verschillende functies op een programmeerbare manier realiseren."

De optisch aangedreven kunstmatige structuur ontwikkeld door Wei Xiang en zijn collega's heeft 6 x 6 subarrays, elk met 4 x 4 metasurface-elementen op basis van elektronische varactors. Deze elementen worden gecombineerd met een optisch netwerk gemaakt van fotodiodes die zichtbare lichtpatronen kunnen omzetten in spanningen en uiteindelijk specifieke microgolfreflectiefaseverdelingen kunnen produceren.

In tegenstelling tot digitale en programmeerbare metasurfaces die in eerdere studies werden geïntroduceerd, het nieuwe metasurface kan binnen een breed scala aan bandbreedtes werken en kan op afstand worden geprogrammeerd. Dit betekent dat er geen draden en andere omvangrijke stroombronnen nodig zijn.

"De belangrijkste kenmerken van ons programmeerbare systeem zijn onder meer het lichte gewicht, kleine maat, en draadloos afstemmen, " legde Wei Xiang uit. "Bovendien, we kunnen de lichtintensiteit gebruiken om de microgolffase te regelen, die van waarde kunnen zijn bij de ontwikkeling van hybride elektronisch-fotonische apparaten en systemen voor meer geavanceerde elektronische en communicatiesystemen."

Het optisch aangedreven systeem dat door dit team van onderzoekers wordt voorgesteld, kan uiteindelijk een brug vormen tussen zichtbaar licht en microgolfcommunicatie. In de toekomst, het zou de ontwikkeling van lichtere, meer geavanceerde elektronica en communicatieapparatuur.

Tot dusver, Wei Xiang en zijn collega's hebben de mogelijkheden van hun meta-oppervlak aangetoond door het te programmeren om drie belangrijke functies uit te voeren:externe verhulling, illusie, en dynamische vortexbundelgeneratie. Echter, dezelfde structuur kan mogelijk ook worden geprogrammeerd voor een verscheidenheid aan andere toepassingen.

"We zijn nu van plan om te beginnen met het onderzoeken van een hybride communicatiesysteem voor zichtbaar licht en microgolven, gebaseerd op het gefabriceerde optisch aangedreven programmeerbare meta-oppervlak dat het lichtsignaal kan omzetten in het microgolfsignaal. " voegde Wei Xiang toe.

© 2020 Wetenschap X Netwerk