초고속 빔 스티어링 혁신 - ScienceDaily

나노포토닉스 및 초고속 광학 분야의 주요 혁신에서 Sandia National Laboratories 연구팀은 기존의 소위 비일관성 광원에서 광 펄스를 동적으로 조종하는 능력을 입증했습니다.

반도체 장치를 사용하여 빛을 제어하는 ​​이 능력은 홀로그램, 원격 감지, 자율 주행 자동차 및 고속 통신과 같은 신기술에서 LED 또는 손전등 전구와 같은 저전력, 비교적 저렴한 소스가 더 강력한 레이저 빔을 대체할 수 있도록 합니다.

“우리가 한 것은 일관되지 않은 빛의 광선을 조종할 수 있다는 것을 보여준 것입니다.”라고 Sandia 과학자이자 저널 최신호에 보고된 연구의 수석 저자인 Prasad Iyer가 말했습니다. 자연 포토닉스. 이 작업은 에너지부 과학실에서 자금을 지원했습니다.

일관되지 않은 빛은 구식 백열 전구 또는 LED 전구와 같은 많은 일반적인 광원에서 방출됩니다. 이 빛은 광자가 다른 파장과 무작위 방식으로 방출되기 때문에 비간섭성이라고 합니다. 그러나 레이저에서 나오는 광선은 광자가 동일한 주파수와 위상을 갖기 때문에 퍼지거나 확산되지 않으므로 간섭성 광이라고 합니다.

연구팀의 연구에서 그들은 빛을 매우 효율적으로 반사하도록 설계될 수 있는 메타-원자(meta-atoms)라고 하는 반도체의 작은 빌딩 블록으로 만들어진 메타표면(metasurfaces)이라고 하는 인위적으로 구조화된 재료를 사용하여 비간섭성 빛을 조작했습니다. 메타표면은 이전에 광선을 임의의 각도로 조종할 수 있는 장치를 만들 수 있는 가능성을 보여주었지만, 간섭성 광원용으로만 설계되었기 때문에 도전 과제도 제시했습니다. 이상적으로는 LED와 같이 빛을 발산할 수 있고 제어 전압을 인가하여 발광을 설정 각도로 조정하고 가능한 한 가장 빠른 속도로 조향 각도를 이동할 수 있는 반도체 소자를 원할 것입니다.

연구원들은 양자점이라고 하는 작은 광원이 내장된 반도체 메타표면에서 시작했습니다. 제어 광 펄스를 사용하여 표면이 빛을 반사하는 방식을 변경하거나 재구성하고 양자점에서 방출되는 광파를 70도 범위에서 1조분의 1 미만 동안 다른 방향으로 조종할 수 있었습니다. -두 번째, 상당한 성공을 거두었습니다. 레이저 기반 조정과 유사하게 조정된 빔은 더 넓은 시야각으로 퍼지는 비일관성 빛의 경향을 억제하고 대신 먼 거리에서 밝은 빛을 생성했습니다.

빛 길들이기

이전에는 불가능하다고 여겨졌던 업적인 이 팀의 원리 증명 작업은 나노포토닉스 및 초고속 광학 분야의 개발을 위한 길을 열었습니다. 일관되지 않은 광원을 동적으로 제어하고 속성을 조작하는 기능은 광범위한 응용 분야를 제공합니다.

저전력 사용 중 하나는 일반 시야에 지도나 청사진을 오버레이하는 데 사용되는 군용 헬멧 화면을 밝게 하는 것입니다. “공간이 중요한 애플리케이션에서” Iyer는 말했습니다. 그냥 껐다 켜는 것보다.”

이 기술은 또한 저전력 LED를 사용하여 홀로그램 이미지를 안구에 투사할 수 있는 새로운 종류의 소형 디스플레이를 제공할 수 있으며, 이는 증강 및 가상 현실 장치에 특히 관심이 있는 기능입니다. 다른 용도는 LIDAR가 자동차 경로에 있는 물체를 감지하는 데 사용되는 자율 주행 자동차에 있을 수 있습니다.

이 프로젝트의 논문 저자이자 수석 과학자인 Sandia 연구원 Igal Brener는 관심 표현 측면에서 팀이 상업적 출처로부터 몇 가지 질문을 받았다고 말했습니다. Brener는 “상용 제품은 5~10년이 걸릴 수 있습니다. 특히 모든 기능을 온칩으로 갖고 싶다면 더욱 그렇습니다. “빛을 조종하는 데 필요한 메타표면의 변화를 전달하기 위해 제어 광 펄스를 사용하지 않고 전기적으로 이 제어를 수행할 것입니다. 우리는 아이디어와 계획이 있지만 아직 초기 단계입니다. LED 전구를 상상해 보십시오. 당신을 따라가기 위해 빛을 방출합니다. 그러면 아무도 없는 곳에 그 모든 조명을 낭비하지 않을 것입니다. 이것은 예를 들어 사무실 조명의 에너지 효율성을 위해 수년 전에 DOE와 함께 꿈꿨던 많은 응용 프로그램 중 하나입니다.”

마찬가지로 길들인 조명은 수술이나 자율 주행 차량과 같은 특정 관심 영역에서만 집중 조명이 필요한 시나리오에서 언젠가는 이점을 제공할 수 있습니다.

일관되지 않은 빛의 경우 미래가 밝아 보입니다.

Sandia National Laboratories는 Honeywell International Inc.가 전액 출자한 자회사인 Sandia LLC의 National Technology and Engineering Solutions에서 미국 에너지부의 NNP(National Nuclear Security Administration)를 위해 운영하는 다목적 연구소입니다. Sandia Labs는 뉴멕시코주 앨버커키와 캘리포니아주 리버모어에 주요 시설을 두고 핵 억지력, 글로벌 안보, 국방, 에너지 기술 및 경제적 경쟁력에 대한 주요 연구 개발 책임을 맡고 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/03/230320143821.htm