Une image schématique de métamolécules plasmoniques de graphène capables de contrôler indépendamment l'amplitude et la phase de la lumière. Crédit :KAIST
Les chercheurs ont décrit une nouvelle stratégie de conception de métamolécules qui incorpore deux méta-atomes de sous-longueur d'onde contrôlables indépendamment. Ce contrôle biparamétrique de la métamolécule assure le contrôle complet à la fois de l'amplitude et de la phase de la lumière.
Une équipe de recherche KAIST en collaboration avec l'Université du Wisconsin-Madison a théoriquement suggéré une métasurface active à base de graphène capable de contrôler indépendamment l'amplitude et la phase de la lumière infrarouge moyen. Cette recherche donne un nouvel aperçu de la modulation du front d'onde moyen infrarouge à haute résolution en résolvant le problème du contrôle indépendant de l'amplitude et de la phase de la lumière, qui est resté un défi de longue date.
La technologie de modulation de la lumière est essentielle pour développer de futurs dispositifs optiques tels que l'holographie, imagerie haute résolution, et les systèmes de communication optique. Des cristaux liquides et un système microélectromécanique (MEMS) ont déjà été utilisés pour moduler la lumière. Cependant, les deux méthodes souffrent de vitesses de conduite considérablement limitées et de tailles de pixels unitaires supérieures à la limite de diffraction, qui empêchent par conséquent leur intégration dans les systèmes photoniques.
La plateforme de métasurface est considérée comme un candidat solide pour la prochaine génération de technologie de modulation de la lumière. Les métasurfaces ont des propriétés optiques que les matériaux naturels ne peuvent pas avoir, et peut surmonter les limitations des systèmes optiques conventionnels, comme former une image à haute résolution au-delà de la limite de diffraction. En particulier, la métasurface active est considérée comme une technologie avec un large éventail d'applications en raison de ses caractéristiques optiques accordables avec un signal électrique.
Cependant, les métasurfaces actives précédentes souffraient de la corrélation inévitable entre le contrôle de l'amplitude lumineuse et le contrôle de la phase. Ce problème est causé par le mécanisme de modulation des métasurfaces conventionnelles. Les métasurfaces conventionnelles ont été conçues de telle sorte qu'un méta-atome n'ait qu'une seule condition de résonance, mais une conception résonante unique manque intrinsèquement des degrés de liberté pour contrôler indépendamment l'amplitude et la phase de la lumière.
L'équipe de recherche a réalisé une méta-unité en combinant deux méta-atomes contrôlables indépendamment, améliorant considérablement la plage de modulation des métasurfaces actives. La métasurface proposée peut contrôler l'amplitude et la phase de la lumière infrarouge moyen indépendamment avec une résolution au-delà de la limite de diffraction, permettant ainsi un contrôle complet du front d'onde optique.
L'équipe de recherche a théoriquement confirmé les performances de la métasurface active proposée et la possibilité de façonner le front d'onde à l'aide de cette méthode de conception. Par ailleurs, ils ont développé une méthode analytique qui peut approcher les propriétés optiques des métasurfaces sans simulations électromagnétiques complexes. Cette plate-forme analytique propose une directive de conception de métasurface plus intuitive et applicable de manière globale.
Candidat au doctorat Sangjun Han (à gauche), Dr Seyoon Kim (au centre), et le professeur Min Seok Jang (à droite). Crédit : Institut coréen avancé des sciences et de la technologie (KAIST)
La technologie proposée devrait permettre une mise en forme précise du front d'onde avec une résolution spatiale beaucoup plus élevée que les technologies de mise en forme du front d'onde existantes, qui sera appliqué aux systèmes optiques actifs tels que l'holographie moyen infrarouge, dispositifs de direction de faisceau à grande vitesse pouvant être appliqués au LiDAR, et lentilles infrarouges à focale variable.
Le professeur Min Seok Jang a commenté :"Cette étude a montré le contrôle indépendant de l'amplitude et de la phase de la lumière, qui a été une quête de longue date dans la technologie des modulateurs de lumière. Le développement de dispositifs optiques utilisant un contrôle de front d'onde complexe devrait devenir plus actif à l'avenir."
doctorat le candidat Sangjun Han et le Dr Seyoon Kim de l'Université du Wisconsin-Madison sont les co-premiers auteurs de la recherche, qui a été publié et sélectionné comme couverture de l'édition du 28 janvier de ACS Nano intitulé "Modulation d'amplitude complexe complète avec des métamolécules plasmoniques de graphène accordables électroniquement."
