La plate-forme numérique à interrogation optique (OIDP) proposée et ses performances. une, b, Distributions d'intensité de champ électrique simulées de la composante Ey sur le plan y–z à 5,8 GHz pour le cas non masqué (a) et le cas masqué (b). c, ré, Distributions d'intensité simulées de la composante du champ électrique Ey sur le plan y–z à 6,5 GHz de la métasurface (c) et de la cible (d). e, F, Faisceaux vortex 3D simulés avec les modes l= 1 (e) et I=−2 (f) à 6,5 GHz. g, h, Distributions de phase simulées de la composante de champ électrique Ey sur le plan x–y de faisceaux vortex avec les modes l= 1 (g) et −2 (h). je, j, Photographies de la métasurface programmable supérieure (i) et du tableau d'OIN inférieur (j). k, Photographie de l'installation de mesure par micro-ondes. moi, Motifs de diffusion 2D mesurés et simulés pour le cas non masqué, boîtier masqué et plaque de cuivre à 5,8 GHz. m, Modèles de diffusion 2D mesurés et simulés de la métasurface plane et de l'échelle cible à 6,5 GHz, respectivement. m, oh, Diagrammes de diffusion 2D mesurés et simulés des faisceaux vortex avec les modes l= 1 (n) et -2 (o) à 6,5 GHz. Crédit :Zhang et al.
Codage, numérique, et les métasurfaces programmables sont des surfaces conçues qui peuvent être utilisées pour manipuler des ondes électromagnétiques, introduit pour la première fois par le professeur Tie Jun Cui et ses collègues en 2014. En raison de leurs nombreuses caractéristiques avantageuses, ces structures artificielles ont récemment fait l'objet d'un certain nombre d'études de recherche.
En plus de réaliser les fonctions pour lesquelles ils sont programmés, les métasurfaces programmables peuvent contrôler simultanément les ondes électromagnétiques et les informations numériques. Cette caractéristique unique leur permet d'agir comme un pont entre les mondes physique et numérique. Malgré cette qualité favorable, la plupart des codes, les métasurfaces numériques et programmables développées jusqu'à présent sont assez complexes et nécessitent une grande quantité de composants matériels volumineux.
Des chercheurs de l'Université du Sud-Est en Chine ont récemment développé une nouvelle métasurface numérique à commande optique qui peut être programmée pour mettre en œuvre des fonctions électromagnétiques. La structure qu'ils ont créée, présenté dans un article publié dans Nature Électronique , pourrait aider les chercheurs à surmonter certaines des limites des métasurfaces numériques introduites dans les études précédentes.
« La plupart des codages numériques et des métasurfaces programmables existants nécessitent des fils électriques, circuits de commande complexes et alimentations encombrantes, " Wei Xiang Jiang, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, a déclaré TechXplore. "Résoudre le problème, nous avons essayé de trouver un moyen d'enlever ces fils électriques et ces circuits de contrôle complexes."
De retour en 2015, Jiang et ses collègues ont fabriqué un dispositif de transformation à courant continu contrôlé par la lumière basé sur un réseau de résistances, intégré avec des résistances semi-conductrices sensibles à la lumière. Dans leur nouvelle étude, ils ont utilisé le même concept de contrôle de la lumière au cœur de ce dispositif pour concevoir et réaliser une métasurface programmable à commande optique.
"Les principaux objectifs de notre travail étaient d'éliminer la diaphonie entre le signal DC et le signal hyperfréquence, et de réaliser des méta-systèmes programmables à distance sans contact, " Wei Xiang a dit. " Pour réaliser une fonction spécifique, nous devons d'abord concevoir des modèles d'éclairage en lumière visible, qui seront converties aux tensions polarisées aux éléments de la métasurface par le réseau d'interrogation optique. Puis, la métasurface générera des distributions de phase de réflexion micro-ondes spécifiques et réalisera différentes fonctions de manière programmable."
La structure artificielle à commande optique développée par Wei Xiang et ses collègues comporte 6 x 6 sous-réseaux, contenant chacun 4 x 4 éléments de métasurface basés sur des varactors électroniques. Ces éléments sont combinés à un réseau optique constitué de photodiodes capables de convertir des motifs de lumière visible en tensions et de produire finalement des distributions de phase de réflexion micro-ondes spécifiques.
Contrairement aux métasurfaces numériques et programmables introduites dans les études précédentes, la nouvelle métasurface peut fonctionner dans une large gamme de bandes passantes et peut être programmée à distance. Cela signifie qu'il ne nécessite pas de fils et d'autres sources d'alimentation encombrantes.
"Les caractéristiques les plus importantes de notre système programmable incluent la légèreté, petite taille, et réglage sans fil, " expliqua Wei Xiang. " De plus, nous pouvons utiliser l'intensité lumineuse pour contrôler la phase micro-ondes, qui pourraient être utiles dans le développement de dispositifs et de systèmes hybrides électro-photoniques pour des systèmes électroniques et de communication plus avancés. »
Le système à commande optique proposé par cette équipe de chercheurs peut finalement servir de pont entre la lumière visible et les communications par micro-ondes. À l'avenir, il pourrait permettre le développement de briquet, appareils électroniques et de communication plus avancés.
Jusque là, Wei Xiang et ses collègues ont démontré les capacités de leur métasurface en la programmant pour qu'elle exécute trois fonctions clés :le masquage externe, illusion, et génération dynamique de faisceau de vortex. Cependant, la même structure pourrait aussi potentiellement être programmée pour une variété d'autres applications.
« Nous prévoyons maintenant de commencer à étudier un système de communication hybride lumière visible et micro-ondes basé sur la métasurface programmable à commande optique fabriquée qui peut convertir le signal lumineux en signal micro-ondes, ", a ajouté Wei Xiang.
© 2020 Réseau Science X
