研究人員設(shè)計了可機(jī)電重構(gòu)的超薄光學(xué)元件

華盛頓——研究人員設(shè)計了可機(jī)電重構(gòu)的超薄光學(xué)元件，可以逐像素地進(jìn)行控制和編程。這些多功能的超表面可以提供一種新的基于芯片的方法來實現(xiàn)對光的納米級控制，從而實現(xiàn)更好的光學(xué)顯示、信息編碼和數(shù)字光處理。

“超表面是超薄且緊湊的光學(xué)元件，可用于操縱光的振幅、相位和偏振，”中國北京理工大學(xué)研究小組負(fù)責(zé)人李家芳說。“盡管大多數(shù)超表面都是靜態(tài)和被動的，但我們創(chuàng)造了響應(yīng)靜電力而機(jī)械變形的超表面。”

在光學(xué)學(xué)會 (OSA) 期刊Optics Express 中，研究人員描述了他們?nèi)绾问褂檬芗艏垎l(fā)的納米級技術(shù)創(chuàng)建新的超表面，剪紙是一種包括切割和折疊的折紙變體。這使他們能夠創(chuàng)建微小的單元，當(dāng)施加電壓時，這些單元從 2D 設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)?3D 結(jié)構(gòu)。

“我們能夠使用我們的可重構(gòu)超表面創(chuàng)建動態(tài)全息顯示，”李說。“這些光學(xué)元件可能會導(dǎo)致具有光學(xué)多任務(wù)處理和可重寫功能的新型設(shè)備。例如，它們還可用于實時 3D 顯示器和高分辨率投影儀。”

從 2D 轉(zhuǎn)換為 3D 的螺旋圖案

為了創(chuàng)造新的超表面，研究人員設(shè)計了兩個組合螺旋的重復(fù)二維圖案，這些螺旋被蝕刻到金納米膜中并懸浮在二氧化硅柱上方。這些單元排列在一個方形格子中，每個單元之間只有兩微米的空間。當(dāng)施加電壓時，螺旋會因靜電力而變形。這種可逆和可重復(fù)的轉(zhuǎn)換可用于動態(tài)調(diào)制超表面的光學(xué)特性。

研究人員使用他們的新方法制作了兩種類型的超表面，用于逐個像素地控制光。一個超表面使用相同的電壓使每個單元變形，但具有螺旋結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)圖案各不相同，以產(chǎn)生不同的變形高度。第二個超表面使用施加到每個單元的不同電壓來實現(xiàn)具有相同結(jié)構(gòu)模式的單元的不同變形高度。

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