Un metadispositivo para controlar dinámicamente los frentes de onda THz mediante la rotación de capas de metasuperficies en cascada. Crédito:Universidad de Shanghai
Las ondas electromagnéticas (EM) en el régimen de terahercios (THz) contribuyen a importantes aplicaciones en las comunicaciones, imágenes de seguridad, y detección biológica y química. Esta amplia aplicabilidad ha dado como resultado un progreso tecnológico significativo. Sin embargo, debido a interacciones débiles entre materiales naturales y ondas THz, Los dispositivos THz convencionales suelen ser voluminosos e ineficaces. Aunque existen dispositivos THz activos ultracompactos, Los enfoques electrónicos y fotónicos actuales para el control dinámico han carecido de eficacia.
Recientemente, Los rápidos desarrollos en las metasuperficies han abierto nuevas posibilidades para la creación de Dispositivos THz ultracompactos para control dinámico de frente de onda. Metamateriales ultrafinos formados por microestructuras planas de sublongitud de onda (es decir, metaátomos), Las metasuperficies permiten respuestas ópticas personalizadas para el control de frentes de onda EM. Al construir metasuperficies que poseen ciertos perfiles de fase prediseñados para ondas transmitidas o reflejadas, Los científicos han demostrado fascinantes efectos de manipulación de ondas, como una desviación de luz anómala, manipulación de polarización, salón de giro fotónico, y hologramas.
Es más, La integración de elementos activos con metaátomos individuales dentro de metasuperficies pasivas permite metadispositivos 'activos' que pueden manipular dinámicamente frentes de onda EM. Mientras que los elementos activos en sublongitudes de onda profundas se encuentran fácilmente en el régimen de microondas (por ejemplo, Diodos PIN y varactores), y contribuir con éxito a los metadispositivos activos para el direccionamiento del haz, hologramas programables, e imágenes dinámicas, son difíciles de crear a frecuencias superiores a THz. Esta dificultad se debe a restricciones de tamaño y pérdidas óhmicas significativas en circuitos electrónicos. Aunque las frecuencias de THz pueden controlar los haces de THz de manera uniforme, normalmente no pueden manipular dinámicamente los frentes de onda THz. En última instancia, esto se debe a deficiencias en las capacidades de sintonización local a escalas de sublongitud de onda profunda en este dominio de frecuencia. Por lo tanto, desarrollar nuevos enfoques que eviten la dependencia de la sintonización local es una prioridad.
Demostración del metadispositivo de direccionamiento dinámico del haz:(a) Esquemas del metadispositivo, que consta de dos capas de metasuperficies transmisivas alineadas por una etapa de rotación motorizada. (b) Vista superior (izquierda) y (c) vista inferior (derecha) Imágenes SEM del metadispositivo fabricado. (d) Esquemas de la configuración experimental mostrada para caracterizar el metadispositivo. (e) Distribuciones de potencia de dispersión de campo lejano experimentales y (f) simuladas con el metadispositivo iluminado por una luz LCP a 0,7 THz, y evolucionando a lo largo del Camino I en diferentes instantes de tiempo. (g) Evolución de las direcciones de onda transmitidas en la esfera de la dirección k a medida que el metadispositivo se mueve a lo largo de la Ruta I y la Ruta II, con una línea continua (símbolos de estrella) que indican los resultados simulados (experimentales). Aquí, la región azul denota el ángulo sólido para la cobertura de dirección del haz. Crédito:X. Cai et al.
Como se informó en Fotónica avanzada , Investigadores de la Universidad de Shanghai y la Universidad de Fudan desarrollaron un marco general y metadispositivos para lograr el control dinámico de los frentes de onda THz. En lugar de controlar localmente los metaátomos individuales en una metasuperficie THz (por ejemplo, mediante diodo PIN, varactor etc.), varían la polarización de un haz de luz con metasuperficies en cascada de múltiples capas giratorias. Demuestran que la rotación de diferentes capas (cada una con un perfil de fase particular) en un metadispositivo en cascada a diferentes velocidades puede cambiar dinámicamente la propiedad efectiva de la matriz de Jones de todo el dispositivo. logrando manipulaciones extraordinarias del frente de onda y características de polarización de los haces de THz. Se demuestran dos metadispositivos:el primer metadispositivo puede redirigir de manera eficiente un haz THz normalmente incidente para escanear sobre un amplio rango de ángulo sólido, mientras que el segundo puede manipular dinámicamente tanto el frente de onda como la polarización de un haz de THz.
Este trabajo propone una alternativa atractiva para lograr un control dinámico de ondas THz a bajo costo. Los investigadores esperan que el trabajo inspire futuras aplicaciones en el radar THz, así como detección e imágenes biológicas y químicas.
