Uma metassuperfície digital opticamente orientada para conectar a luz visível e as comunicações de microondas
p A proposta de plataforma digital opticamente interrogada (OIDP) e seu desempenho. uma, b, Distribuições de intensidade de campo elétrico simulado do componente Ey no plano y – z a 5,8 GHz para a caixa não encoberta (a) e a caixa encoberta (b). c, d, Distribuições de intensidade simuladas do componente do campo elétrico Ey no plano y – z a 6,5 GHz da metassuperfície (c) e do alvo (d). e, f, Feixes de vórtice 3D simulados com modos l =1 (e) e I =−2 (f) a 6,5 GHz. g, h, Distribuições de fase simuladas do componente do campo elétrico Ey no plano x – y de feixes de vórtice com modos l =1 (g) e −2 (h). eu, j, Fotografias da metassuperfície programável superior (i) e da matriz OINs inferior (j). k, Fotografia da configuração da medição por microondas. eu, Padrões de espalhamento 2D medidos e simulados para o caso não camuflado, caixa encoberta e placa de cobre a 5,8 GHz. m, Padrões de espalhamento 2D medidos e simulados da metassuperfície plana e escada alvo a 6,5 GHz, respectivamente. n, o, Padrões de espalhamento 2D medidos e simulados dos feixes de vórtice com modos l =1 (n) e -2 (o) em 6,5 GHz. Crédito:Zhang et al.
p Codificação, digital, e metassuperfícies programáveis são superfícies projetadas que podem ser usadas para manipular ondas eletromagnéticas, apresentado pela primeira vez pelo Prof. Tie Jun Cui e seus colegas em 2014. Devido às suas muitas características vantajosas, essas estruturas artificiais tornaram-se recentemente o foco de uma série de estudos de pesquisa. p Além de realizar as funções para as quais estão programados, Metassuperfícies programáveis podem controlar ondas eletromagnéticas e informações digitais simultaneamente. Esse recurso exclusivo permite que eles atuem como uma ponte entre os mundos físico e digital. Apesar desta qualidade favorável, mais codificação, Metassuperfícies digitais e programáveis desenvolvidas até agora são bastante complexas e requerem uma grande quantidade de componentes de hardware volumosos.
p Pesquisadores da Southeast University na China desenvolveram recentemente uma nova metassuperfície digital opticamente dirigida que pode ser programada para implementar funções eletromagnéticas. A estrutura que eles criaram, apresentado em um artigo publicado em
Nature Electronics , poderia ajudar os pesquisadores a superar algumas das limitações das metassuperfícies digitais introduzidas em estudos anteriores.
p "A maior parte da codificação digital e metassuperfícies programáveis existentes requer fios elétricos, circuitos de controle complexos e fontes de alimentação volumosas, "Wei Xiang Jiang, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse TechXplore. "Para resolver o problema, tentamos encontrar uma maneira de remover esses fios elétricos e circuitos de controle complexos. "
p Em 2015, Jiang e seus colegas fabricaram um dispositivo de transformação CC controlado por luz baseado em uma rede de resistores, incorporado com resistores semicondutores sensíveis à luz. Em seu novo estudo, eles usaram o mesmo conceito de controle de luz no núcleo deste dispositivo para projetar e realizar uma metassuperfície programável orientada opticamente.
p "Os principais objetivos do nosso trabalho eram eliminar a interferência entre o sinal DC e o sinal de microondas, e para realizar meta-sistemas programáveis remotos sem contato, "Wei Xiang disse." Para realizar uma função específica, primeiro precisamos projetar padrões de iluminação de luz visível, que será convertido para as tensões polarizadas para os elementos de metassuperfície pela rede de interrogação óptica. Então, a metassuperfície irá gerar distribuições de fase de reflexão de microondas específicas e realizar diferentes funções de forma programável. "
p A estrutura artificial conduzida opticamente desenvolvida por Wei Xiang e seus colegas tem 6 x 6 subarrays, cada um contendo 4 x 4 elementos metassuperfície baseados em varactores eletrônicos. Esses elementos são combinados com uma rede óptica feita de fotodiodos que podem converter padrões de luz visível em voltagens e, por fim, produzir distribuições de fase de reflexão de microondas específicas.
p Em contraste com metassuperfícies digitais e programáveis introduzidas em estudos anteriores, a nova metassuperfície pode operar em uma ampla faixa de larguras de banda e pode ser programada remotamente. Isso significa que não requer fios e outras fontes de energia volumosas.
p "Os recursos mais importantes de nosso sistema programável incluem peso leve, tamanho pequeno, e sintonização sem fio, "Wei Xiang explicou." Além disso, podemos usar a intensidade da luz para controlar a fase de microondas, que poderia ser útil no desenvolvimento de dispositivos e sistemas híbridos eletrônicos-fotônicos para sistemas eletrônicos e de comunicação mais avançados. "
p O sistema orientado opticamente proposto por esta equipe de pesquisadores pode, em última análise, servir de ponte entre a luz visível e as comunicações de microondas. No futuro, poderia permitir o desenvolvimento de mais leves, dispositivos eletrônicos e de comunicação mais avançados.
p Até aqui, Wei Xiang e seus colegas demonstraram as capacidades de sua metassuperfície programando-a para executar três funções principais:camuflagem externa, ilusão, e geração de feixe de vórtice dinâmico. Contudo, a mesma estrutura também poderia ser programada para uma variedade de outras aplicações.
p "Agora estamos planejando começar a investigar um sistema de comunicação híbrido de luz visível e microondas com base na metassuperfície programável opticamente acionada que pode converter o sinal de luz em sinal de microondas, "Wei Xiang acrescentou. p © 2020 Science X Network
