En una nueva publicación de Avances optoelectrónicos , Investigadores dirigidos por el profesor Jinghua Teng del Instituto de Investigación e Ingeniería de Materiales, Agencia para la Ciencia, Tecnología e Investigación (A * STAR), Singapur considera la modulación de la luz con una relación de extinción ultra alta mediante metasuperficies eléctricamente sintonizables.

Las metamateriales son el equivalente bidimensional de los metamateriales, componer estructuras discretas de sublongitud de onda, que posee la capacidad de control total de las propiedades de la luz, como amplitud, fase, dispersión, impulso, y polarización. Las metauperficies se utilizan en diversas aplicaciones que abarcan espectros electromagnéticos que van desde microondas, terahercios infrarrojo, visible, a ultravioleta. El control activo de la propagación de la luz en los espectros visible e infrarrojo cercano tiene una importancia práctica y fundamental en los vehículos autónomos, robots, muestra, realidad aumentada y virtual, electrónica de consumo, telecomunicaciones y dispositivos de detección. Para ajustar una metasuperficie, se puede cambiar la propiedad de las celdas unitarias o su ambiente. Esto podría hacerse empleando materiales activos en la metasuperficie, que pueden cambiar sus propiedades por un estímulo externo.

En este artículo, los autores proponen una nueva metasuperficie eléctricamente sintonizable para la modulación de luz polarizada y no polarizada. Aquí, La naturaleza con pérdidas del óxido de indio y estaño (ITO) a una longitud de onda épsilon cercana a cero (ENZ) se utiliza para diseñar un absorbedor de metasuperficie eléctricamente sintonizable. La celda unitaria de metasuperficie está construida con un resonador circular que comprende dos discos ITO y una película de titanato de estroncio de bario de perovskita de alta constante dieléctrica. La longitud de onda ENZ en las capas de acumulación y agotamiento de los discos ITO se controla aplicando un solo voltaje de polarización. El acoplamiento de la resonancia del dipolo magnético con la longitud de onda ENZ dentro de la capa de acumulación de la película ITO provoca la absorción total de la luz reflejada. La amplitud de reflexión puede alcanzar ~ 84 dB o ~ 99,99% de profundidad de modulación en la longitud de onda de operación de 820 nm a un voltaje de polarización de -2,5 V. Además, la metasuperficie es insensible a la polarización de la luz incidente debido al diseño circular de los resonadores y al diseño simétrico de las conexiones de polarización.

La modulación de luz de alta velocidad y alta relación de extinción con bajo consumo de energía en el espectro del infrarrojo cercano tiene aplicaciones potenciales en muchos sistemas y dispositivos ópticos que incluyen, entre otros, el procesamiento de señales ópticas, espectroscopia, traspuesta, y detección y rango de luz (LiDAR). Chopper óptico y obturador, modulador de niobato de litio, atenuador de cristal líquido, y el modulador fotoelástico se encuentran entre los dispositivos disponibles comercialmente para modular la intensidad de la luz. El cortador y el obturador ópticos emplean mecanismos mecánicos, que son lentas en velocidad y de gran tamaño mientras consumen mucha energía. El modulador de niobato de litio está controlado por señal eléctrica y tiene la velocidad de modulación más alta hasta 40 GHz, sin embargo, Requiere alto voltaje. Los moduladores fotoelásticos utilizan diferentes tipos de cristales a granel para diferentes longitudes de onda operativas, requieren alto voltaje eléctrico y polarizadores adicionales que limitan sus aplicaciones. El obturador de haz de cristal líquido tiene una velocidad de conmutación muy baja. La metasuperficie eléctricamente sintonizable propuesta utiliza la naturaleza con pérdidas del óxido de indio y estaño (ITO) a una longitud de onda épsilon cercana a cero (ENZ) para modular la intensidad de la luz reflejada, que puede alcanzar hasta ~ 84 dB o ~ 99,99% de profundidad de modulación a un voltaje muy bajo de ± 2,5 voltios. El modulador de metasuperficie es insensible a la polarización de la luz incidente y, por lo tanto, es adecuado para un diseño compacto sin necesidad de polarizadores adicionales. Es más, la metasuperficie eléctricamente sintonizable con diseño de película doble ITO es capaz de operar a velocidades de conmutación de gigahercios.