Modelagem de frente de onda comutável com taxa de Gigahertz por metasuperfície habilitada com LNOI
Niobato de lítio (LN) alimenta uma metassuperfície óptica recentemente desenvolvida para moldar e guiar ondas de luz. Aproveitando o efeito eletro-óptico do niobato de lítio, o dispositivo aplica diferentes sinais elétricos aos eletrodos para moldar qualquer frente de onda, em estados de polarização arbitrários reconfiguráveis. Crédito:Fotônica Avançada (2024). DOI:10.1117/1.AP.6.1.016005 Na última década, metassuperfícies que implantam nanoestruturas artificiais bidimensionais surgiram como uma plataforma inovadora para manipular a luz em vários graus de liberdade. Essas metassuperfícies exibem um potencial significativo em pesquisas científicas fundamentais e aplicações industriais.
Comparado ao controle estático de campos ópticos, o controle dinâmico de campo óptico introduz novas variáveis de controle no domínio do tempo, permitindo modelagem de feixe em tempo real, modulação espacial de luz, processamento de informações e muito mais. Metasuperfícies ativas, capazes de manipular a luz nos domínios espacial e temporal em altas velocidades, têm o potencial de abrir novas fronteiras na tecnologia fotônica, preenchendo a lacuna entre a física teórica e as aplicações práticas.
A funcionalidade reconfigurável dinâmica é fundamental. Apesar de explorar uma variedade de materiais e técnicas para melhorar a sintonização da metassuperfície, alcançar frentes de onda sintonizáveis em velocidades muito altas continua sendo um desafio formidável. Felizmente, o recente surgimento da tecnologia de niobato de lítio em isolante (LNOI) fornece uma plataforma promissora para metassuperfícies ajustáveis em velocidade ultra-alta.
O LNOI se destaca como um material versátil para circuitos integrados fotônicos (PICs), principalmente devido ao seu excelente efeito eletro-óptico. Esta tecnologia avançou significativamente os PICs, posicionando-os como uma plataforma líder para futuros dispositivos de modulação eletro-óptica de alta velocidade.
Recentemente, um grupo de pesquisa conjunto da East China Normal University e da Nanjing University integrou com sucesso eletrodos, metassuperfície e guia de ondas fotônico LNOI - tudo dentro de um dispositivo PIC. Conforme relatado em Fotônica Avançada , eles demonstram uma metassuperfície de modelagem de frente de onda de ultra-alta velocidade com a metasuperfície integrada acionada por PIC.
Desempenho de funcionalidades moduladas em GHz. (a) Os estados de polarização medidos na esfera de Poincaré de um ponto focal modulado. Os pontos azuis na esfera de Poincaré representam os estados de polarização do ponto focal obtidos em testes experimentais, mostrando a geração de um feixe focado com polarizações arbitrárias reconfiguráveis. (b) Pico de amplitude eletro-óptica para frequências de modulação de até 2 GHz. Resultados experimentais de distância focal comutável (c) – (e), feixes OAM (f) – (i) e feixes de Bessel (j) – (l) sob diferentes estados de polarização local realizados pela aplicação de diferentes tensões aos eletrodos, respectivamente. Crédito:Fotônica Avançada (2024). DOI:10.1117/1.AP.6.1.016005
Aplicando diferentes sinais elétricos aos eletrodos, o dispositivo exibe a capacidade de moldar qualquer frente de onda em estados de polarização arbitrários reconfiguráveis. Os pesquisadores mostram a capacidade de ajuste de alta velocidade de várias funcionalidades, incluindo posição focal lateral e controle de distância focal, momento angular orbital (OAM) e feixes de Bessel.
Através da combinação eficaz da fase de propagação e da fase geométrica de nanoestruturas birrefringentes dentro deste esquema de guia de ondas, a sintonização dessas funcionalidades pode ser controlada em polarizações ortogonais arbitrárias. As medições experimentais demonstram a operação do sistema em velocidades de modulação de até 1,4 gigahertz.
Os autores enfatizam que o resultado atual da modulação de alta velocidade é preliminar. O dispositivo tem potencial para aumentar a velocidade de modulação para centenas de gigahertz, otimizando o design dos eletrodos, aproveitando o efeito eletro-óptico do niobato de lítio.
O autor correspondente, Prof. Lin Li, do Laboratório Estatal de Espectroscopia de Precisão da East China Normal University, observa:"A integração de metassuperfícies de subcomprimentos de onda e guias de onda ópticos oferece um meio versátil e eficiente para manipular a luz em vários graus de liberdade em alta velocidade em dispositivos PIC compactos. Este avanço abre caminho para aplicações potenciais em comunicação óptica, computação, detecção e imagem."
