La piattaforma digitale interrogata otticamente (OIDP) proposta e le sue prestazioni. un, B, Distribuzioni simulate dell'intensità del campo elettrico della componente Ey sul piano y–z a 5,8 GHz per il caso non occultato (a) e il caso occultato (b). C, D, Distribuzioni di intensità simulate della componente del campo elettrico Ey sul piano y–z a 6.5 GHz della metasuperficie (c) e del bersaglio (d). e, F, Fasci di vortice 3D simulati con modalità l= 1 (e) e I=−2 (f) a 6.5 GHz. G, h, Distribuzioni di fase simulate della componente Ey del campo elettrico sul piano x–y dei fasci di vortici con modi l= 1 (g) e -2 (h). io, J, Fotografie della metasuperficie programmabile superiore (i) e dell'array OIN inferiore (j). K, Fotografia della configurazione della misurazione a microonde. io, Modelli di dispersione 2D misurati e simulati per il caso non occultato, custodia occultata e placcatura in rame a 5,8 GHz. m, Modelli di diffusione 2D misurati e simulati della metasuperficie planare e ladder target a 6.5 GHz, rispettivamente. n, o, Modelli di diffusione 2D misurati e simulati dei fasci di vortice con modalità l= 1 (n) e -2 (o) a 6.5 GHz. Credito:Zhang et al.
codifica, digitale, e le metasuperfici programmabili sono superfici ingegnerizzate che possono essere utilizzate per manipolare le onde elettromagnetiche, introdotto per la prima volta dal Prof. Tie Jun Cui e dai suoi colleghi nel 2014. Grazie alle loro numerose caratteristiche vantaggiose, queste strutture artificiali sono state recentemente oggetto di numerosi studi di ricerca.
Oltre a realizzare le funzioni per cui sono programmati, le metasuperfici programmabili possono controllare simultaneamente le onde elettromagnetiche e le informazioni digitali. Questa caratteristica unica consente loro di fungere da ponte tra il mondo fisico e quello digitale. Nonostante questa qualità favorevole, la maggior parte della codifica, le metasuperfici digitali e programmabili sviluppate finora sono piuttosto complesse e richiedono una grande quantità di componenti hardware ingombranti.
I ricercatori della Southeast University in Cina hanno recentemente sviluppato una nuova metasuperficie digitale guidata otticamente che può essere programmata per implementare funzioni elettromagnetiche. La struttura che hanno creato, presentato in un articolo pubblicato su Elettronica della natura , potrebbe aiutare i ricercatori a superare alcuni dei limiti delle metasuperfici digitali introdotti in studi precedenti.
"La maggior parte dei codici digitali esistenti e delle metasuperfici programmabili richiedono cavi elettrici, circuiti di controllo complessi e alimentatori ingombranti, " Wei Xiang Jiang, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a TechXplore. "Per risolvere il problema, abbiamo cercato di trovare un modo per rimuovere questi cavi elettrici e circuiti di controllo complessi".
Già nel 2015, Jiang e i suoi colleghi hanno fabbricato un dispositivo di trasformazione in corrente continua controllato dalla luce basato su una rete di resistori, incorporati con resistori semiconduttori sensibili alla luce. Nel loro nuovo studio, hanno usato lo stesso concetto di controllo della luce al centro di questo dispositivo per progettare e realizzare una metasuperficie programmabile otticamente guidata.
"Gli obiettivi principali del nostro lavoro erano eliminare la diafonia tra il segnale CC e il segnale a microonde, e realizzare metasistemi programmabili a distanza senza contatto, " Wei Xiang ha detto. "Per realizzare una funzione specifica, dobbiamo prima progettare modelli di illuminazione a luce visibile, che verranno convertiti nelle tensioni polarizzate agli elementi di metasuperficie dalla rete di interrogazione ottica. Quindi, la metasuperficie genererà specifiche distribuzioni di fase di riflessione a microonde e realizzerà diverse funzioni in modo programmabile."
La struttura artificiale guidata otticamente sviluppata da Wei Xiang e dai suoi colleghi ha sottoarray 6 x 6, ciascuno contenente 4 x 4 elementi di metasuperficie basati su varactor elettronici. Questi elementi sono combinati con una rete ottica composta da fotodiodi in grado di convertire i modelli di luce visibile in tensioni e, infine, di produrre specifiche distribuzioni di fase di riflessione a microonde.
In contrasto con le metasuperfici digitali e programmabili introdotte in studi precedenti, la nuova metasuperficie può operare in un'ampia gamma di larghezze di banda e può essere programmata da remoto. Ciò significa che non richiede cavi e altre fonti di alimentazione ingombranti.
"Le caratteristiche più importanti del nostro sistema programmabile includono leggerezza, taglia piccola, e sintonizzazione wireless, " Wei Xiang ha spiegato. "Inoltre, possiamo usare l'intensità della luce per controllare la fase delle microonde, che potrebbe essere utile nello sviluppo di dispositivi e sistemi ibridi elettronico-fotonici per sistemi elettronici e di comunicazione più avanzati."
Il sistema a guida ottica proposto da questo team di ricercatori può in definitiva fungere da ponte tra la luce visibile e le comunicazioni a microonde. Nel futuro, potrebbe consentire lo sviluppo di più leggeri, dispositivi elettronici e di comunicazione più avanzati.
Finora, Wei Xiang e i suoi colleghi hanno dimostrato le capacità della loro metasuperficie programmandola per eseguire tre funzioni chiave:occultamento esterno, illusione, e generazione dinamica del fascio di vortici. Però, la stessa struttura potrebbe anche essere potenzialmente programmata per una varietà di altre applicazioni.
"Stiamo ora pianificando di iniziare a studiare un sistema di comunicazione ibrido a luce visibile e microonde basato sulla metasuperficie programmabile azionata otticamente fabbricata in grado di convertire il segnale luminoso in segnale a microonde, "Ha aggiunto Wei Xiang.
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