Dans une nouvelle publication de Avancées opto-électroniques , Des chercheurs dirigés par le professeur Jinghua Teng de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux, Agence pour la science, Technologie et Recherche (A*STAR), Singapour envisage une modulation de la lumière à taux d'extinction ultra-élevé par des métasurfaces accordables électriquement.

Les métasurfaces sont l'équivalent bidimensionnel des métamatériaux, composer des structures de sous-longueurs d'onde discrètes, possédant la capacité de contrôle total des propriétés de la lumière, comme l'amplitude, phase, dispersion, élan, et polarisation. Les métasurfaces sont utilisées dans diverses applications couvrant des spectres électromagnétiques allant des micro-ondes, térahertz, infrarouge, visible, aux ultra-violets. Le contrôle actif de la propagation de la lumière dans les spectres visible et proche infrarouge a une importance pratique et fondamentale dans les véhicules autonomes, robots, affiche, réalité augmentée et virtuelle, électronique grand public, télécommunications, et des dispositifs de détection. Pour régler une métasurface, on peut changer soit la propriété des mailles unitaires, soit son ambiance. Cela pourrait être fait en utilisant des matériaux actifs dans la métasurface, dont les propriétés peuvent être modifiées par un stimulus externe.

Dans cet article, les auteurs proposent une nouvelle métasurface accordable électriquement pour la modulation de la lumière polarisée et non polarisée. Ici, la nature avec perte de l'oxyde d'indium et d'étain (ITO) à la longueur d'onde epsilon-near-zero (ENZ) est utilisée pour concevoir un absorbeur de métasurface accordable électriquement. La cellule unitaire de métasurface est constituée d'un résonateur circulaire comprenant deux disques ITO et un film de titanate de baryum et de strontium perovskite à constante diélectrique élevée. La longueur d'onde ENZ dans les couches d'accumulation et d'épuisement des disques ITO est contrôlée en appliquant une tension de polarisation unique. Le couplage de la résonance magnétique dipolaire avec la longueur d'onde ENZ à l'intérieur de la couche d'accumulation du film ITO provoque une absorption totale de la lumière réfléchie. L'amplitude de réflexion peut atteindre ~ 84 dB ou ~ 99,99% de profondeur de modulation dans la longueur d'onde de fonctionnement de 820 nm à une tension de polarisation de -2,5 V. De plus, la métasurface est insensible à la polarisation de la lumière incidente en raison de la conception circulaire des résonateurs et de la conception symétrique des connexions de polarisation.

La modulation de la lumière à grande vitesse et à taux d'extinction élevé avec une faible consommation d'énergie dans le spectre proche infrarouge a des applications potentielles dans de nombreux systèmes et dispositifs optiques, y compris, mais sans s'y limiter, le traitement du signal optique, spectroscopie, commutation, et détection et télémétrie par la lumière (LiDAR). Hacheur optique et obturateur, modulateur de niobate de lithium, atténuateur à cristaux liquides, et le modulateur photoélastique font partie des dispositifs disponibles dans le commerce pour moduler l'intensité de la lumière. Le hacheur optique et l'obturateur utilisent des mécanismes mécaniques, qui sont lents en vitesse et de grande taille tout en consommant une puissance élevée. Le modulateur au niobate de lithium est contrôlé par un signal électrique et a la vitesse de modulation la plus élevée jusqu'à 40 GHz, cependant, nécessite une haute tension. Les modulateurs photoélastiques utilisent différents types de cristaux en vrac pour différentes longueurs d'onde opérationnelles, nécessitent une tension électrique élevée et des polariseurs supplémentaires qui limitent leurs applications. L'obturateur de faisceau à cristaux liquides souffre d'une vitesse de commutation très faible. La métasurface électriquement accordable proposée utilise la nature avec perte de l'oxyde d'indium et d'étain (ITO) à une longueur d'onde epsilon-near-zero (ENZ) pour moduler l'intensité de la lumière réfléchie, qui peut atteindre jusqu'à ~84 dB ou ~99,99% de profondeur de modulation à une très basse tension de ±2,5 volts. Le modulateur de métasurface est insensible à la polarisation de la lumière incidente et convient donc à une conception compacte sans avoir besoin de polariseurs supplémentaires. De plus, la métasurface accordable électriquement avec une conception à double film ITO est capable de fonctionner à des vitesses de commutation gigahertz.