Электронно настраиваемая метаповерхность, вращающая поляризацию

Исследователи из Мичиганского университета и Городского университета Нью-Йорка недавно предложили и экспериментально подтвердили прозрачную, электронно настраиваемую метаповерхность. Эта метаповерхность, представленная в статье, опубликованной в Physical Review X , может вращать поляризацию произвольно поляризованной падающей волны без изменения ее осевого отношения.

Метаповерхность- это искусственные листовые материалы, текстурированные в масштабе субволны, чтобы создать индивидуальные электромагнитные характеристики. В последние годы эти материалы позволили получить беспрецедентный контроль над электромагнитными волнами , открывая интересные возможности во многих областях, включая беспроводную связь, обработку изображений и сбор энергии.

Несмотря на свои многочисленные преимущества, большинство конструкций с метаповерхностью предлагают только статические функции. С другой стороны, новая метаповерхность, разработанная исследователями, обладает динамически настраиваемыми свойствами и, следовательно, может применяться в более широком спектре областей.

«Несколько лет назад наша исследовательская группа внедрила прагматический подход к реализации метаповерхностей с индивидуально подобранными бианизотропными ответами», — сказал Phys.org один из исследователей, проводивших исследование. «Этот подход включает в себя каскадные узорчатые (то есть анизотропные) металлические поверхности по толщине субволны для достижения целевых электрических, магнитных и хиральных / омега-свойств. Метод пригоден для плоских методов микро- и нанообработки, позволяющих реализовать метаповерхности от ВЧ до видимой длины волн.

За последние несколько лет одна и та же команда исследователей разработала и реализовала несколько метаповерхностей с различными функциями. Хотя эти ультратонкие метаповерхности достигли чрезвычайного контроля волнового фронта, их функциональные возможности оставались статическими и зависели от их фиксированных геометрических параметров.

«В этой работе мы интегрировали перестраиваемые устройства, варакторные диоды, в мета-поверхность, чтобы обеспечить динамический контроль над реакцией мета-поверхности», — пояснил У. «Мы продемонстрировали прозрачную метаповерхность с настраиваемым киральным откликом, который может вращать поляризацию падающей волны».

Манипулирование свойствами электромагнитных волн (например, амплитуды, фазы и поляризации) обычно включает в себя комбинацию оптических компонентов , таких как линзы, поляризаторы и волновые пластины. Новая метаповерхность, представленная исследователями, имеет вращатель поляризации, который состоит из перестраиваемой двулучепреломляющей структуры, расположенной между двумя четвертьволновыми пластинами на основе повернутой метаповерхностью с вращением на 45 °.

«Обычный настраиваемый вращатель поляризации обычно имеет несколько длин волн (от десятков до сотен) и состоит из двух вращающихся четвертьволновых пластин (от линейных до круговых поляризаторов), размещенных по обе стороны перестраиваемой двулучепреломляющей среды, такой как жидкокристаллический слой», Энтони Грбич Другой исследователь, который проводил исследование, рассказал Phys.org. «Здесь мы заменили это громоздкое устройство каскадом метаповерхностей, в результате чего получилось устройство с толщиной подволны и эквивалентной функциональностью».

Подход, продемонстрированный Ву, Грбичем и их коллегой Юнесом Ра’ди, позволяет создавать ультракомпактные конструкции и может применяться в микроволновых поляриметрических системах для определения характеристик или обнаружения объектов. Например, их поляризационный ротатор на основе метаповерхности может быть интегрирован с антенным элементом для разработки компактной антенной системы для поляриметрической микроволновой визуализации.

«Наша работа прокладывает путь для плоских / низкопрофильных, динамически настраиваемых антенн и оптических / квазиоптических систем», — сказал Грбич. «Можно предусмотреть замену громоздких электромагнитных или оптических установок, требующих сочетания обычных компонентов, включая линзы, элементы настройки, фазовращатели, пространственные модуляторы света, волновые пластины, линейные поляризаторы, просто каскадными ультратонкими перестраиваемыми мета-поверхностями».

Недавнее исследование, проведенное Ву, Грбичем и Ра’ди, представило новую платформу, которая позволяет полностью контролировать фронт проходящей волны. Исследователи продемонстрировали свой подход, разработав настраиваемый вращатель поляризации, но он также может быть использован для настройки отраженных волн. В будущем их метод может, следовательно, применяться для проектирования перестраиваемой метаповерхности, которая не только вращает поляризацию отраженной / прошедшей волны, но и направляет луч в разные стороны.

«В наши дальнейшие планы исследований также входит разработка многослойных конструкций метаповерхностей для настраиваемого контроля амплитуды, в дополнение к контролю фазы / поляризации, который мы продемонстрировали на сегодняшний день», — сказал Ради для Phys.org. «Еще одна наша цель состоит в том, чтобы перевести такие конструкции метаповерхностей в оптические длины волн».

Источник информации: https://phys.org/news/2019-03-electronically-tunable-metasurface-rotates-polarization.html#jCp

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

comments powered by HyperComments
Оценки статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...