Negli ultimi dieci anni, le metasuperfici che utilizzano nanostrutture artificiali bidimensionali sono emerse come una piattaforma innovativa per manipolare la luce attraverso vari gradi di libertà. Queste metasuperfici mostrano un potenziale significativo nella ricerca scientifica fondamentale e nelle applicazioni industriali.
Rispetto al controllo statico dei campi ottici, il controllo dinamico del campo ottico introduce nuove variabili di controllo nel dominio del tempo, consentendo la modellazione del fascio in tempo reale, la modulazione spaziale della luce, l'elaborazione delle informazioni e altro ancora. Le metasuperfici attive, in grado di manipolare la luce sia nel dominio spaziale che temporale ad alta velocità, hanno il potenziale per aprire nuove frontiere nella tecnologia fotonica, colmando il divario tra la fisica teorica e le applicazioni pratiche.
La funzionalità riconfigurabile dinamica è fondamentale. Nonostante l’esplorazione di una gamma di materiali e tecniche per migliorare la sintonizzabilità della metasuperficie, ottenere fronti d’onda sintonizzabili a velocità molto elevate rimane una sfida formidabile. Fortunatamente, la recente comparsa della tecnologia LNOI (litio-niobato su isolante) fornisce una piattaforma promettente per metasuperfici sintonizzabili a velocità ultraelevata.
L'LNOI si distingue come un materiale versatile per i circuiti integrati fotonici (PIC), in particolare per il suo eccezionale effetto elettro-ottico. Questa tecnologia ha fatto avanzare significativamente i PIC, posizionandoli come una piattaforma leader per i futuri dispositivi di modulazione elettro-ottica ad alta velocità.
Recentemente, un gruppo di ricerca congiunto della East China Normal University e dell’Università di Nanchino ha integrato con successo elettrodi, metasuperficie e guida d’onda fotonica LNOI, il tutto all’interno di un dispositivo PIC. Come riportato in Fotonica avanzata , dimostrano una metasuperficie che modella il fronte d'onda ad altissima velocità con la metasuperficie integrata basata su PIC.
Applicando diversi segnali elettrici agli elettrodi, il dispositivo mostra la capacità di modellare qualsiasi fronte d'onda in stati di polarizzazione arbitrari riconfigurabili. I ricercatori mostrano la possibilità di regolazione ad alta velocità di varie funzionalità, tra cui la posizione focale laterale e il controllo della lunghezza focale, il momento angolare orbitale (OAM) e i raggi di Bessel.
Attraverso la combinazione efficace della fase di propagazione e della fase geometrica delle nanostrutture birifrangenti all'interno di questo schema di guida d'onda, la sintonizzabilità di queste funzionalità può essere controllata in polarizzazioni ortogonali arbitrarie. Le misurazioni sperimentali dimostrano il funzionamento del sistema a velocità di modulazione fino a 1,4 gigahertz.
Gli autori sottolineano che l’attuale risultato della modulazione ad alta velocità è preliminare. Il dispositivo ha il potenziale per aumentare la velocità di modulazione fino a centinaia di gigahertz ottimizzando il design degli elettrodi, sfruttando l'effetto elettro-ottico del niobato di litio.
L'autore corrispondente, il Prof. Lin Li, del Laboratorio State Key di spettroscopia di precisione presso l'Università Normale della Cina Orientale, osserva:"L'integrazione di metasuperfici a lunghezza d'onda secondaria e guide d'onda ottiche offre un mezzo versatile ed efficiente per manipolare la luce attraverso più gradi di libertà ad alta velocità in dispositivi PIC compatti. Questo progresso apre la strada a potenziali applicazioni nella comunicazione ottica, nel calcolo, nel rilevamento e nell'imaging."
Ulteriori informazioni: Haozong Zhong et al, modellazione del fronte d'onda con velocità commutabile in Gigahertz attraverso l'integrazione di metasuperfici con circuito integrato fotonico, Advanced Photonics (2024). DOI:10.1117/1.AP.6.1.016005
Informazioni sul giornale: Fotonica avanzata
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