Par rapport au contrôle statique des champs optiques, le contrôle dynamique du champ optique introduit de nouvelles variables de contrôle dans le domaine temporel, permettant la mise en forme du faisceau en temps réel, la modulation spatiale de la lumière, le traitement de l'information, etc. Les métasurfaces actives, capables de manipuler la lumière dans les domaines spatial et temporel à grande vitesse, ont le potentiel d'ouvrir de nouvelles frontières dans la technologie photonique, comblant ainsi le fossé entre la physique théorique et les applications pratiques.

La fonctionnalité reconfigurable dynamique est essentielle. Malgré l’exploration d’une gamme de matériaux et de techniques pour améliorer l’accordabilité des métasurfaces, la réalisation de fronts d’onde accordables à des vitesses très élevées reste un formidable défi. Heureusement, l'émergence récente de la technologie du niobate de lithium sur isolant (LNOI) fournit une plate-forme prometteuse pour une métasurface réglable à ultra-haute vitesse.

Le LNOI se distingue comme un matériau polyvalent pour les circuits intégrés photoniques (PIC), notamment en raison de son effet électro-optique exceptionnel. Cette technologie a considérablement fait progresser les PIC, les positionnant comme une plate-forme leader pour les futurs dispositifs de modulation électro-optique à grande vitesse.

Récemment, un groupe de recherche conjoint de l’Université normale de Chine orientale et de l’Université de Nanjing a intégré avec succès des électrodes, une métasurface et un guide d’ondes photonique LNOI, le tout dans un dispositif PIC. Comme indiqué dans Photonique avancée , ils démontrent une métasurface de mise en forme de front d'onde ultra-rapide avec la métasurface intégrée pilotée par PIC.

En appliquant différents signaux électriques aux électrodes, le dispositif présente la capacité de façonner n'importe quel front d'onde dans des états de polarisation arbitraires reconfigurables. Les chercheurs présentent l'accordabilité à grande vitesse de diverses fonctionnalités, notamment le contrôle de la position focale latérale et de la distance focale, le moment cinétique orbital (OAM) et les faisceaux de Bessel.

Grâce à une combinaison efficace de la phase de propagation et de la phase géométrique des nanostructures biréfringentes au sein de ce schéma de guide d'onde, l'accordabilité de ces fonctionnalités peut être contrôlée dans des polarisations orthogonales arbitraires. Les mesures expérimentales démontrent le fonctionnement du système à des vitesses de modulation allant jusqu'à 1,4 gigahertz.

Les auteurs soulignent que les résultats actuels de la modulation à grande vitesse sont préliminaires. Le dispositif a le potentiel d'augmenter la vitesse de modulation jusqu'à des centaines de gigahertz en optimisant la conception des électrodes, en tirant parti de l'effet électro-optique du niobate de lithium.

L'auteur correspondant, le professeur Lin Li, du State Key Laboratory of Precision Spectroscopy de l'East China Normal University, remarque :« L'intégration de métasurfaces sub-longueurs d'onde et de guides d'ondes optiques offre un moyen polyvalent et efficace pour manipuler la lumière sur plusieurs degrés de liberté à grande vitesse dans Dispositifs PIC compacts. Cette avancée ouvre la voie à des applications potentielles dans les domaines de la communication optique, du calcul, de la détection et de l'imagerie. »