Onderzoekers van de University of Michigan en de City University of New York hebben onlangs een transparante, elektronisch afstembaar meta-oppervlak. Dit meta-oppervlak, gepresenteerd in een paper gepubliceerd in Fysieke beoordeling X , kan de polarisatie van een willekeurig gepolariseerde invallende golf roteren zonder de axiale verhouding te veranderen.

Metasurfaces zijn kunstmatige plaatmaterialen die op subgolflengteschaal zijn getextureerd om op maat gemaakte elektromagnetische reacties te produceren. In recente jaren, deze materialen hebben een ongekende controle over elektromagnetische golven mogelijk gemaakt, het openen van interessante mogelijkheden op tal van gebieden, inclusief draadloze communicatie, beeldvorming en energiewinning.

Ondanks hun talrijke voordelen, de meeste metasurface-ontwerpen bieden alleen statische functionaliteiten. Het nieuwe meta-oppervlak bedacht door de onderzoekers, anderzijds, heeft dynamisch afstembare eigenschappen, en kan dus op een grotere verscheidenheid aan gebieden worden toegepast.

"Een paar jaar geleden, onze onderzoeksgroep introduceerde een pragmatische benadering voor het realiseren van meta-oppervlakken met op maat gemaakte bianisotrope reacties, "Zhanni Wu, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Deze benadering omvat het cascaderen van gepatroneerde (d.w.z. anisotrope) metalen oppervlakken over een subgolflengtedikte om gerichte elektrische, magnetische en chirale/omega-eigenschappen. De techniek is geschikt voor vlakke micro- en nanofabricagetechnieken, waardoor de realisatie van meta-oppervlakken van RF tot zichtbare golflengten mogelijk is."

De afgelopen jaren is hetzelfde team van onderzoekers ontwierp en realiseerde verschillende meta-oppervlakken, met verschillende functionaliteiten. Hoewel deze ultradunne meta-oppervlakken extreme golffrontcontrole bereikten, hun functionaliteiten bleven statisch en afhankelijk van hun vaste geometrische parameters.

"In dit werk, we integreerden afstembare apparaten, varactor-diodes, in een meta-oppervlak om dynamische controle te krijgen over de reactie van het meta-oppervlak, Wu legde uit. "We demonstreerden een transparant meta-oppervlak met een afstembare chirale respons, die de polarisatie van een invallende golf kan roteren."

Manipuleren van de eigenschappen van elektromagnetische golven (bijv. amplitude, fase en polarisatie) omvat typisch een combinatie van optische componenten, zoals lenzen, polarisatoren en golfplaten. Het door de onderzoekers geïntroduceerde nieuwe meta-oppervlak heeft een polarisatierotator, die bestaat uit een afstembare dubbelbrekende structuur die is ingeklemd tussen twee ± 45 ° geroteerde kwartgolfplaten op basis van het meta-oppervlak.

"Een conventionele afstembare polarisatierotator is typisch meerdere golflengten in grootte (tientallen tot honderden) en bestaat uit twee geroteerde kwartgolfplaten (lineaire tot circulaire polarisatoren) die aan weerszijden van een afstembaar dubbelbrekend medium zijn geplaatst, als een vloeibare kristallaag, "Anthony Grbic, een andere onderzoeker die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Hier, we hebben dit omvangrijke apparaat vervangen door een cascade van meta-oppervlakken, wat resulteert in een apparaat van subgolflengtedikte en gelijkwaardige functionaliteit."

De aanpak van Wu, Grbic en hun collega Younes Ra'di maken ultracompacte ontwerpen mogelijk en kunnen worden toegepast in polarimetrische microgolfsystemen voor de karakterisering of detectie van objecten. Bijvoorbeeld, hun metasurface-gebaseerde polarisatierotator zou kunnen worden geïntegreerd met een antenne-element om een ​​compact antennesysteem voor polarimetrische microgolfbeeldvorming te ontwikkelen.

"Ons werk maakt de weg vrij voor flat/low profile, dynamisch afstembare antennes en optische/quasi-optische systemen, Grbic zei. "Je kunt je voorstellen dat het vervangen van omvangrijke elektromagnetische of optische opstellingen die combinaties van conventionele componenten vereisen, waaronder lenzen, stem elementen, faseverschuivers, ruimtelijke lichte modulatoren, golfplaten, lineaire polarisatoren eenvoudig met gecascadeerde ultradunne, afstembare meta-oppervlakken."

De recente studie van Wu, Grbic en Ra'di introduceerden een nieuw platform dat volledige controle over het uitgezonden golffront mogelijk maakt. De onderzoekers demonstreerden hun aanpak door een afstembare polarisatierotator te ontwikkelen, maar het kan ook worden gebruikt om gereflecteerde golven op maat te maken. In de toekomst, hun methode zou dus kunnen worden toegepast op het ontwerp van een afstembaar meta-oppervlak dat niet alleen de polarisatie van de gereflecteerde/uitgezonden golf roteert, maar stuurt ook een straal in verschillende richtingen.

"Onze toekomstige onderzoeksplannen omvatten ook de ontwikkeling van gestapelde metasurface-ontwerpen voor afstembare amplituderegeling, naast de fase-/polarisatiecontrole die we tot nu toe hebben aangetoond, "Ra'di vertelde Phys.org. "Een ander doel van ons is om dergelijke metasurface-ontwerpen te vertalen naar optische golflengten."

© 2019 Wetenschap X Netwerk