{"id":7968,"date":"2023-07-17T14:53:59","date_gmt":"2023-07-17T06:53:59","guid":{"rendered":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/?p=7968"},"modified":"2023-07-17T14:54:05","modified_gmt":"2023-07-17T06:54:05","slug":"leaky-wave-metasurfaces-a-perfect-interface-between-free-space-and-integrated-optical-systems","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/leaky-wave-metasurfaces-a-perfect-interface-between-free-space-and-integrated-optical-systems\/","title":{"rendered":"Leckwellen-Metaoberfl\u00e4chen: Eine perfekte Schnittstelle zwischen Freiraum- und integrierten optischen Systemen"},"content":{"rendered":"

Forscher von Columbia Engineering haben eine neue Klasse integrierter photonischer Ger\u00e4te entwickelt \u2013 \u201eLeaky-Wave-Metaoberfl\u00e4chen\u201c \u2013, die Licht, das urspr\u00fcnglich in einem optischen Wellenleiter eingeschlossen war, in ein beliebiges optisches Muster im freien Raum umwandeln k\u00f6nnen. Diese Ger\u00e4te sind die ersten, die eine gleichzeitige Steuerung aller vier optischen Freiheitsgrade, n\u00e4mlich Amplitude, Phase, Polarisationselliptizit\u00e4t und Polarisationsorientierung, demonstrieren \u2013 ein Weltrekord.<\/p>\n

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Weil die Ger\u00e4te so d\u00fcnn, transparent und kompatibel sind\u00a0Photonische integrierte Schaltkreise<\/a>\u00a0(PICs) k\u00f6nnen sie zur Verbesserung optischer Displays, LIDAR (Light Detection and Ranging), optischer Kommunikation und Quantenoptik eingesetzt werden.<\/p>\n

\u201eWir freuen uns, eine elegante L\u00f6sung f\u00fcr die Verbindung von Freiraumoptik und integrierter Photonik zu finden \u2013 diese beiden Plattformen wurden traditionell von Forschern aus verschiedenen Teilbereichen der Optik untersucht und haben zu kommerziellen Produkten gef\u00fchrt, die v\u00f6llig unterschiedliche Anforderungen erf\u00fcllen\u201c, sagte Nanfang Yu, Associate Professor f\u00fcr angewandte Physik und angewandte Mathematik, der f\u00fchrend in der Forschung zu nanophotonischen Ger\u00e4ten ist.<\/p>\n

\u201eUnsere Arbeit weist auf neue Wege zur Schaffung hybrider Systeme hin, die das Beste aus beiden Welten nutzen \u2013 Freiraumoptik zur Formung der Wellenfront des Lichts und integrierte Photonik f\u00fcr die optische Datenverarbeitung \u2013, um viele neue Anwendungen wie Quantenoptik, Optogenetik und Sensorik abzudecken.\u201c Netzwerke, Inter-Chip-Kommunikation und holografische Displays.\u201c<\/p>\n

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\"Leaky-wave
Links: Foto von zwei Leckwellen-Metaoberfl\u00e4chen zur Erzeugung von Kagome-Gittern. Rechts: REM-Aufnahme eines Teils einer Leckwellen-Metaoberfl\u00e4che, die aus Nano\u00f6ffnungen besteht, die in eine Polymerschicht auf einem d\u00fcnnen Siliziumnitridfilm ge\u00e4tzt sind. Bildnachweis: Heqing Huang, Adam Overvig und Nanfang Yu\/Columbia Engineering<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n

Eine Br\u00fccke zwischen Freiraumoptik und integrierter Photonik<\/h2>\n

Die gr\u00f6\u00dfte Herausforderung bei der Verbindung von PICs und Freiraumoptiken besteht darin, einen einfachen Wellenleitermodus, der in einem Wellenleiter \u2013 einem d\u00fcnnen, auf einem Chip definierten Grat \u2013 eingeschlossen ist, in eine breite Freiraumwelle mit einer komplexen Wellenfront umzuwandeln und umgekehrt. Yus Team ging diese Herausforderung an, indem es auf seiner Erfindung der \u201enichtlokalen Metaoberfl\u00e4chen\u201c vom letzten Herbst aufbaute und die Funktionalit\u00e4t der Ger\u00e4te von der Steuerung von Lichtwellen im freien Raum auf die Steuerung von gef\u00fchrten Wellen erweiterte.<\/p>\n

Konkret erweiterten sie den Eingangswellenleitermodus durch die Verwendung einer Wellenleiterverj\u00fcngung zu einem Slab-Wellenleitermodus \u2013 einer Lichtschicht, die sich entlang des Chips ausbreitet. \u201eWir haben erkannt, dass der Slab-Wellenleitermodus in zwei orthogonale stehende Wellen zerlegt werden kann \u2013 Wellen, die an diejenigen erinnern, die beim Zupfen einer Saite erzeugt werden\u201c, sagte Heqing Huang, ein Ph.D. Student in Yus Labor und Co-Erstautor der Studie, die heute ver\u00f6ffentlicht wurde\u00a0Natur-Nanotechnologie<\/i>.<\/p>\n

\u201eDeshalb haben wir eine \u201aLeaky-Wave-Metaoberfl\u00e4che\u2018 entworfen, die aus zwei S\u00e4tzen rechteckiger Aperturen besteht, die um eine Subwellenl\u00e4nge voneinander versetzt sind, um diese beiden stehenden Wellen unabh\u00e4ngig zu steuern. Das Ergebnis ist, dass jede stehende Welle in eine Oberfl\u00e4chenemission mit unabh\u00e4ngiger Amplitude und Polarisation umgewandelt wird; Zusammen verschmelzen die beiden Oberfl\u00e4chenemissionskomponenten zu einer einzigen Freiraumwelle mit vollst\u00e4ndig steuerbarer Amplitude, Phase und Polarisation an jedem Punkt ihrer Wellenfront.\u201c<\/p>\n

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\"Leaky-wave
Links zwei Abbildungen: Zwei holografische Bilder, die von einer Leckwellen-Metaoberfl\u00e4che in zwei unterschiedlichen Abst\u00e4nden von der Ger\u00e4teoberfl\u00e4che erzeugt wurden. Rechte vier Abbildungen: Vier verschiedene holographische Bilder, die von einer einzelnen Leckwellen-Metaoberfl\u00e4che in zwei unterschiedlichen Abst\u00e4nden von der Ger\u00e4teoberfl\u00e4che und in zwei orthogonalen Polarisationszust\u00e4nden erzeugt werden. Bildnachweis: Heqing Huang, Adam Overvig und Nanfang Yu\/Columbia Engineering<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n
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Von Quantenoptik \u00fcber optische Kommunikation bis hin zu holografischen 3D-Displays<\/h2>\n

Yus Team demonstrierte experimentell mehrere Leckwellen-Metaoberfl\u00e4chen, die einen Wellenleitermodus, der sich entlang eines Wellenleiters mit einem Querschnitt in der Gr\u00f6\u00dfenordnung einer Wellenl\u00e4nge ausbreitet, in eine Freiraumemission mit einer Designer-Wellenfront \u00fcber einen Bereich von etwa dem 300-fachen der Wellenl\u00e4nge bei der Telekommunikation umwandeln k\u00f6nnen Wellenl\u00e4nge von 1,55 Mikrometern. Diese beinhalten:<\/p>\n