Una imagen esquemática de metamoléculas plasmónicas de grafeno capaces de controlar de forma independiente la amplitud y la fase de la luz. Crédito:KAIST
Los investigadores describieron una nueva estrategia de diseño de metamoléculas que incorpora dos metaátomos de sublongitud de onda controlables de forma independiente. Este control de dos parámetros de la metamolécula asegura el control completo tanto de la amplitud como de la fase de la luz.
Un equipo de investigación de KAIST, en colaboración con la Universidad de Wisconsin-Madison, sugirió teóricamente una metasuperficie activa basada en grafeno capaz de controlar de forma independiente la amplitud y la fase de la luz del infrarrojo medio. Esta investigación brinda una nueva perspectiva sobre la modulación del frente de onda del infrarrojo medio con alta resolución al resolver el problema del control independiente de la amplitud y fase de la luz. que ha sido un desafío de larga data.
La tecnología de modulación de luz es fundamental para el desarrollo de futuros dispositivos ópticos como la holografía, imágenes de alta resolución, y sistemas de comunicación óptica. Los cristales líquidos y un sistema microelectromecánico (MEMS) se han utilizado anteriormente para modular la luz. Sin embargo, Ambos métodos sufren de velocidades de conducción significativamente limitadas y tamaños de píxeles unitarios mayores que el límite de difracción, que en consecuencia impiden su integración en sistemas fotónicos.
La plataforma de metasuperficie se considera un fuerte candidato para la próxima generación de tecnología de modulación de luz. Las metauperficies tienen propiedades ópticas que los materiales naturales no pueden tener, y puede superar las limitaciones de los sistemas ópticos convencionales, como formar una imagen de alta resolución más allá del límite de difracción. En particular, la metasuperficie activa se considera una tecnología con una amplia gama de aplicaciones debido a sus características ópticas sintonizables con una señal eléctrica.
Sin embargo, las metasuperficies activas anteriores adolecían de la inevitable correlación entre el control de la amplitud de la luz y el control de la fase. Este problema está causado por el mecanismo de modulación de las metasuperficies convencionales. Las metasuperficies convencionales se han diseñado de manera que un metaátomo solo tenga una condición de resonancia, pero un solo diseño resonante carece inherentemente de los grados de libertad para controlar de forma independiente la amplitud y la fase de la luz.
El equipo de investigación creó una metaunidad combinando dos metaátomos controlables de forma independiente, mejorando drásticamente el rango de modulación de las metasuperficies activas. La metasuperficie propuesta puede controlar la amplitud y la fase de la luz del infrarrojo medio de forma independiente con una resolución más allá del límite de difracción. permitiendo así un control completo del frente de onda óptico.
El equipo de investigación confirmó teóricamente el rendimiento de la metasuperficie activa propuesta y la posibilidad de dar forma al frente de onda utilizando este método de diseño. Es más, desarrollaron un método analítico que puede aproximar las propiedades ópticas de las metasuperficies sin simulaciones electromagnéticas complejas. Esta plataforma analítica propone una guía de diseño de metasuperficies más intuitiva y de aplicación completa.
Candidato a doctorado Sangjun Han (izquierda), Dr. Seyoon Kim (centro), y el profesor Min Seok Jang (derecha). Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
Se espera que la tecnología propuesta permita una conformación de frente de onda precisa con una resolución espacial mucho más alta que las tecnologías de conformación de frente de onda existentes. que se aplicará a sistemas ópticos activos como la holografía de infrarrojo medio, dispositivos de dirección de haz de alta velocidad que se pueden aplicar para LiDAR, y lentes infrarrojos de enfoque variable.
El profesor Min Seok Jang comentó:"Este estudio mostró la amplitud de control independiente y la fase de la luz, que ha sido una búsqueda de larga data en la tecnología de moduladores de luz. Se espera que el desarrollo de dispositivos ópticos que utilizan un control de frente de onda complejo sea más activo en el futuro ".
Doctor. El candidato Sangjun Han y el Dr. Seyoon Kim de la Universidad de Wisconsin-Madison son los primeros coautores de la investigación. que fue publicado y seleccionado como portada de la edición del 28 de enero de ACS Nano titulado "Completa modulación de amplitud compleja con metamoléculas plasmónicas de grafeno sintonizables electrónicamente".
