Метаповерхности: революция в оптоэлектронных устройствах и их перспективы

Метаповерхности представляют собой ультратонкие оптические элементы, состоящие из плотных массивов субволновых наноструктур, которые способны эффективно рассеивать, поглощать и излучать свет. Изначально разработанные как пассивные устройства, эти структуры теперь активно исследуются для создания метаповерхностей с динамической оптической функциональностью.

Обзор, подготовленный исследователями Института исследований и разработок в области материалов A*STAR IMRE, Стэнфордского университета, Наньянского технологического университета и Сингапурского университета технологий и дизайна, был опубликован в журнале Science 29 ноября 2024 года.

Метаповерхности, представляя собой тонкие, плоские массивы субволновых наноструктур, изменили методы управления светом. Недавние исследования расширяют возможности этих технологий, позволяя динамически управлять излучением, поглощением и модуляцией света. Слияние метаповерхностей с оптоэлектронными устройствами, такими как светодиоды (LED), лазеры, фотодетекторы и модуляторы, открывает новые горизонты для улучшения производительности и появления инновационных функциональных возможностей.

Эти технологии создают множество перспектив в таких областях, как системы дополненной и виртуальной реальности (AR и VR), оптическая связь, интеллектуальное управление температурой, квантовые вычисления, солнечные панели и вычислительная визуализация. Одним из примеров является использование метаповерхностей в светодиодах, где они усиливают радиационный распад излучателей, что приводит к увеличению квантового выхода и долговечности устройства. Также, благодаря метаповерхностям, стало возможным более точное управление направленностью, спектром и поляризацией света, что повышает эффективность извлечения и улучшает характеристики устройства.

Метаповерхности, интегрированные в лазеры, способствуют усовершенствованию конструкции резонаторов, открывая новые возможности в области оптики и расширяя физику лазерных технологий. Эти улучшения влияют на качество луча, контроль излучения и поляризационную избирательность, что критически важно для оптической связи, прецизионного зондирования и вычислительной визуализации.

Кроме того, метаповерхности могут значительно улучшить работу оптических модуляторов, усиливая слабые электрооптические эффекты и обеспечивая более высокое пространственное разрешение. Это открывает новые возможности для применения в таких областях, как AR/VR, LIDAR (обнаружение света и определение дальности) и голографические дисплеи.

Фотодетекторы, интегрированные с метаповерхностями, могут эффективно фильтровать и селективно поглощать фотоны в определенных оптических режимах, что позволяет не только измерять интенсивность света, но и получать более сложную информацию о его спектральных, фазовых и поляризационных характеристиках. Это, в свою очередь, способствует прогрессу в обработке изображений, особенно в области аппаратной обработки и оптических вычислений.

Кроме того, метаповерхности могут быть использованы на ультратонких гибких солнечных элементах для повышения их эффективности, добавляя антибликовые и светоулавливающие функции.

Интеграция метаповерхностей в оптоэлектронные устройства открывает огромные перспективы для создания сверхкомпактных, эффективных и многофункциональных систем. Однако для реализации этого потенциала необходимо обеспечить оптимизацию как фотонных, так и электронных функций. Сложность заключается в нахождении баланса между управлением светом на наноуровне и эффективной электронной работой, включая инжекцию заряда и контроль температуры.

Проектирование таких метаустройств требует внимательного выбора материалов и правильного расположения метаповерхностей относительно активных электронных слоев. Кроме того, для массового производства метаповерхностей необходимы разработки технологий, соответствующих промышленным стандартам. В дальнейшем успешное развитие этой области будет зависеть от междисциплинарного сотрудничества в области фотоники, электроники, материаловедения и производства, что позволит раскрыть весь потенциал оптоэлектронных устройств на основе метаповерхностей для практического применения.

С уважением, ООО "Компания "База Электроники"

Вернуться на главную