Для точного наведения лазерного луча использована новая метаповерхность

Российские учёные в составе международного научного коллектива продемонстрировали возможность удвоения разрешения при управление пучком света с помощью метаповерхности на основе таммовского плазмон-поляритона. Обнаруженный эффект может быть использован при проектировании беззеркальных лидаров и интеллектуальных телекоммуникаций. Работа опубликована в журнале Materials. Исследование поддержано грантом РНФ № 22-42-08003.

Лидар – это лазерный радар. Вместо радиоволн для обнаружения предметов он использует лазерный луч. Такое устройство помогает ориентироваться роботам-пылесосам и беспилотным автомобилям. Для отклонения лазерного луча обычно используется механическое вращение зеркала. Переход от механического отклонения к электрическому увеличит срок службы и точность устройства, а также понизит его себестоимость. В радарах длина радиоволн больше миллиметра, для их отклонения используются фазовые и цифровые антенные решетки. Длина волны света в тысячу раз меньше миллиметра, поэтому для беззеркального отклонения луча нужны сверхмалые и сверхточные решетки – так называемые метаповерхности.

Таммовский плазмон-поляритон – это световая волна, «запертая» между тонкой металлической пленкой и многослойным отражающим зеркалом. Замена металлической пленки на метаповерхность – искусственно созданный массив субволновых элементов, размеры которых меньше длины волны света – открывает новые возможности управления спектральными характеристиками локализованного состояния. Российские исследователи показали, что сопряжение многослойного зеркала с решеткой серебряных нанополос, нанесенной на тонкую подложку из прозрачного проводящего оксида, позволяет управлять углом отраженного от структуры излучения. Перестройка угла осуществлялась за счет прикладывания напряжения к нанополосам.

«Нами были проведены расчеты структуры, состоящей их 50 длинных нанополос с высотой 95 нанометров шириной 470 нм, расположенных на поверхности многослойного отражающего зеркала. Проведенные расчеты показали, что, изменяя приложенное к серебряной нанополосе напряжение, можно управлять фазой отраженной от него световой волны за счет изменения диэлектрической проницаемости тонкой подложки из прозрачного проводящего оксида. Таким образом появляется возможность создания управляемых дифракционных решеток, период которых определяется количеством нанополос с разным прикладываемым напряжением. Изменение периода решетки приводит к значительному (около 30 градусов) изменению углов -1 и 1 порядка дифракции, а несимметричное распределение фазы вдоль метаповерхности позволяет добиться удвоения разрешения предложенного устройства», — объяснил доцент кафедры электротехнологии и электротехники, научный сотрудник лаборатории нанотехнологий, спектроскопии и квантовой химии Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ Рашид Бикбаев.

В состав научного коллектива также вошли учёные Института физики им. Л. В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН и Национального университета Ян-Мин Чао-Тун (Тайвань).