Les dispositifs multiéléments ont été initialement développés à des longueurs d'onde électromagnétiques plus grandes. En appliquant différentes phases à chaque antenne, les chercheurs peuvent former un faisceau très directionnel en concevant des interférences constructives dans une direction et destructives dans d'autres. Afin de diriger ou de tourner la direction du faisceau, ils peuvent retarder la lumière dans un émetteur ou décaler une phase par rapport à une autre.

Les applications actuelles de lumière visible pour les OPA ont été limitées par les appareils de table encombrants qui ont un champ de vision limité en raison de leur grande largeur de pixel. Les recherches antérieures de l'OPA effectuées à la longueur d'onde du proche infrarouge, y compris les travaux du Lipson Nanophotonics Group, face à des défis de fabrication et de matériaux en effectuant un travail similaire à la longueur d'onde visible.

"Comme la longueur d'onde devient plus petite, la lumière devient plus sensible aux petits changements tels que les erreurs de fabrication, " dit Min Chul Shin, un doctorat étudiant dans le groupe Lipson et co-auteur principal de l'article Optics Letter. "Ça s'éparpille aussi plus, résultant en une perte plus élevée si la fabrication n'est pas parfaite - et la fabrication ne peut jamais être parfaite."

Il y a seulement trois ans, l'équipe de Lipson a montré une plateforme de matériaux à faibles pertes en optimisant les recettes de fabrication avec du nitrure de silicium. Ils ont tiré parti de cette plate-forme pour réaliser leur nouveau système d'orientation de faisceau dans la longueur d'onde visible, le premier réseau phasé à l'échelle de la puce fonctionnant aux longueurs d'onde bleues à l'aide d'une plate-forme de nitrure de silicium.

Un défi majeur pour les chercheurs était de travailler dans la gamme bleue, qui a la plus petite longueur d'onde dans le spectre visible et se disperse plus que les autres couleurs car elle voyage plus courte, petites vagues. Un autre défi dans la démonstration d'un réseau phasé en bleu était celui d'obtenir un grand angle, l'équipe a dû surmonter le défi de placer les émetteurs à une demi-longueur d'onde l'un de l'autre ou au moins plus petits qu'une longueur d'onde - espacement de 40 nm, 2500 fois plus petit qu'un cheveu humain, ce qui était très difficile à réaliser. En outre, afin de rendre le réseau optique à commande de phase utile pour des applications pratiques, ils avaient besoin de beaucoup d'émetteurs. L'étendre à un grand système serait extrêmement difficile.

"Non seulement cette fabrication est vraiment difficile, mais il y aurait aussi beaucoup de diaphonie optique avec les guides d'ondes qui se ferment, " dit Shin. " Nous ne pouvons pas avoir de contrôle de phase indépendant et nous verrions toute la lumière couplée les unes aux autres, ne formant pas de faisceau directionnel."

Résoudre ces problèmes pour le bleu signifiait que l'équipe pouvait facilement le faire pour le rouge et le vert, qui ont des longueurs d'onde plus longues. « Cette gamme de longueurs d'onde nous permet d'aborder de nouvelles applications telles que la stimulation neuronale optogénétique, " note Aseema Mohanty, chercheur postdoctoral et co-auteur principal du Lettre d'optique et Nature Génie Biomédical papiers. "Nous avons utilisé la même technologie à l'échelle de la puce pour contrôler un réseau de faisceaux à l'échelle du micron afin de sonder avec précision les neurones dans le cerveau."

L'équipe collabore maintenant avec le groupe du professeur de physique appliquée Nanfang Yu pour optimiser la consommation d'énergie électrique, car un fonctionnement à faible puissance est crucial pour les affichages AR légers montés sur la tête et l'optogénétique.

« Nous sommes très enthousiastes parce que nous avons essentiellement conçu un objectif reconfigurable sur une minuscule puce sur laquelle nous pouvons diriger le faisceau visible et changer la mise au point, " explique Lipson. " Nous avons une ouverture où nous pouvons synthétiser n'importe quel motif visible que nous voulons toutes les quelques dizaines de microsecondes. Cela ne nécessite aucune pièce mobile et pourrait être réalisé à l'échelle de la puce. Notre nouvelle approche nous permet de révolutionner la réalité augmentée, l'optogénétique et bien d'autres technologies du futur."