新型超表面可调控光束频率和方向

近日，美国加州理工学院团队报告称，他们构建了一种超表面，上面布满微型可调天线，能够反射入射的光束：一束光进入，多束光出去，每束光都有不同的频率并朝着不同的方向传播。这是一种处理自由空间信号而非光纤信号的新方法，可创建许多不同光频率的边带或通道。相关研究成果以《Electrically tunable space–time metasurfaces at optical frequencies》为题发表在近期的《自然·纳米技术》杂志上。

当很多人共用同一个Wi-Fi网络时，网络可能会出现延迟或卡顿。但如果每个人都有一个专用的无线通信通道，将比我们今天使用的Wi-Fi快数百倍，带宽也提高数百倍。新研究不仅有望用于开发新型无线通信信道，甚至为开发新的测距技术，或者向太空传输大量数据开辟了新途径。

研究人员构建了一种超表面，这种超表面布满微型可调天线，能够反射入射光束，从而创建许多不同光频率的边带或通道。

研究团队表示，设计超表面是希望其可以超越传统光学元件（如相机或显微镜镜头）所能达到的效果。这种多层晶体管状设备被称为“时空超表面”，采用精心选择的纳米级天线图案设计，改变光线的响应方式，可以反射、散射或以其他方式控制光线，例如向特定方向、以特定频率反射光线。

该设备的核心宽度和长度均为120微米，在光频下以反射模式运行时所使用的光波波长为1530纳米，比无线电波的频率高数千倍，这意味着可用带宽要大得多。

研究团队表示，这些超表面或可用于激光雷达领域，其中光可用于捕获三维场景的深度信息。团队最终目标是开发出一种“通用超表面”，该表面能够在自由空间中创建多个光学通道，每个通道都以不同的方向传输信息。他们设想，未来当许多人在同一个咖啡馆用笔记本电脑时，每个人将不再接收无线Wi-Fi信号，而是接收各自的高保真光束信号，再也不用担心网速问题。

相关链接：https://www.nature.com/articles/s41565-024-01728-9