Nowe badanie: nanoskalowe urządzenie kontroluje światło optyczne, ulepszając przyszłe kanały bezprzewodowe

WarsawInżynierowie z Caltech opracowali nowe urządzenie metasurface. To niewielkie urządzenie potrafi kontrolować i zmieniać częstotliwość światła. Może to prowadzić do szybszych i bardziej przepustowych kanałów komunikacji bezprzewodowej niż obecne Wi-Fi.

Metapowierzchnie to niewielkie, zaprojektowane struktury, które manipulują światłem. Te urządzenia potrafią kierować światło optyczne tak, by tworzyć wiele kanałów o różnych częstotliwościach. Nowa technologia opiera się na elektrycznie dostrajanej nanoskalowej antenie. Potencjalne zastosowania to komunikacja o wysokiej przepustowości i misje kosmiczne.

Wi-Fi ma ograniczoną przepustowość, ponieważ wykorzystuje fale radiowe. W przeciwieństwie do tego, częstotliwości optyczne oferują znacznie większą przepustowość. Niemniej jednak tradycyjne metody mają trudności z efektywnym wykorzystaniem światła o tak wysokich częstotliwościach. Urządzenie stworzone przez naukowców z Caltech rozwiązuje ten problem i działa skutecznie przy długości fali 1530 nanometrów, co odpowiada częstotliwościom optycznym stosowanym w telekomunikacji.

Obiektywy aparatów fotograficznych są zazwyczaj duże i ciężkie. Natomiast metasurfaces są cienkie i wykonane z maleńkich anten. Te anteny potrafią zmieniać sposób, w jaki zachowuje się światło, na przykład je zakrzywiając lub odbijając.

Wcześniejsze urządzenia metasurface nie miały możliwości zmiany po zbudowaniu. Nowe urządzenie jednak można regulować, stosując różne napięcia do jego anten, co czyni je bardziej elastycznym i adaptacyjnym.

Urządzenie wykorzystuje warstwę tlenku indu i cyny pod antenami, aby być elastyczne. Poprzez regulację napięcia zmienia się gęstość elektronów w tej warstwie. To z kolei zmienia współczynnik załamania każdej anteny. W rezultacie urządzenie może w czasie rzeczywistym kierować odbijane światło pod różnymi kątami i częstotliwościami.

Zobacz również:

Dzisiaj · 01:34

DNAN groźniejszy niż TNT: nowe badania ujawniają poważne zagrożenie dla roślin i ekosystemów

Ta technologia umożliwia jednemu laserowi generowanie wielu nowych częstotliwości. Każda z tych nowych częstotliwości może być używana do szybkiej komunikacji. Zdolność do kontrolowania kierunku i częstotliwości światła nazywana jest cechą „czasoprzestrzenną” tej metasurfy.

Metapowierzchnie mają wiele interesujących zastosowań. Mogą zwiększyć jakość obrazowania 3D w technologii LiDAR oraz poprawić jakość komunikacji bezprzewodowej w zatłoczonych miejscach, takich jak kawiarnie. Dodatkowo mogą być użyteczne do przesyłania dużych ilości danych podczas misji kosmicznych, ponieważ światło może przenosić więcej danych niż fale radiowe.

Zespół badawczy, w skład którego wchodzą doktoranci Prachi Thureja i Jared Sisler z grupy Atwatera, opublikował swoje wyniki w czasopiśmie Nature Nanotechnology. Ich badania zostały sfinansowane dzięki grantom od organizacji takich jak Biuro Badań Naukowych Sił Powietrznych i DARPA.

Głównym celem jest stworzenie uniwersalnej metasurface. Takie urządzenie miałoby generować kilka kanałów optycznych, z których każdy przenosiłby różne dane i wysyłał informacje w różnych kierunkach. Jeśli zostanie zrealizowane, mogłoby to zrewolucjonizować sposób, w jaki korzystamy z komunikacji bezprzewodowej.

Instytucje takie jak JPL współpracują z nami i badają zastosowanie optycznych częstotliwości w misjach kosmicznych, co podkreśla potencjał tej technologii.

Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie metasurfaces wskazują na obiecującą przyszłość w zakresie komunikacji bezprzewodowej i przesyłu danych.