Dans une percée majeure dans les domaines de la nanophotonique et de l’optique ultrarapide, une équipe de recherche des laboratoires nationaux de Sandia a démontré la capacité de diriger dynamiquement des impulsions lumineuses à partir de resources lumineuses conventionnelles dites incohérentes.
Cette capacité à contrôler la lumière à l’aide d’un dispositif semi-conducteur pourrait permettre à des resources de faible puissance et relativement peu coûteuses comme les LED ou les ampoules de lampe de poche de remplacer les faisceaux laser moreover puissants dans les nouvelles technologies telles que les hologrammes, la télédétection, les voitures autonomes et la conversation à haut débit.
“Ce que nous avons fait, c’est montrer qu’il est possible de diriger un faisceau de lumière incohérente”, a déclaré Prasad Iyer, scientifique de Sandia et auteur principal de la recherche, qui a été rapportée dans le numéro actuel de la revue Character Photonics. Les travaux ont été financés par le Bureau des sciences du ministère de l’Énergie.
La lumière incohérente est émise par de nombreuses resources courantes, telles qu’une ampoule à incandescence à l’ancienne ou une ampoule à LED. Cette lumière est dite incohérente motor vehicle les photons sont émis avec des longueurs d’onde différentes et de façon aléatoire. Un faisceau de lumière provenant d’un laser, cependant, ne se propage pas et ne se diffuse pas car les photons ont la même fréquence et la même stage et sont donc appelés lumière cohérente.
Dans les recherches de l’équipe, ils ont manipulé la lumière incohérente en utilisant des matériaux structurés artificiellement appelés métasurfaces, fabriqués à partir de minuscules blocs de development de semi-conducteurs appelés méta-atomes qui peuvent être conçus pour réfléchir la lumière très efficacement. Bien que les métasurfaces se soient déjà révélées prometteuses pour créer des dispositifs capables d’orienter les rayons lumineux vers des angles arbitraires, elles présentaient également un défi auto elles n’avaient été conçues que pour des sources lumineuses cohérentes. Idéalement, on voudrait un dispositif à semi-conducteur qui peut émettre de la lumière comme une LED, orienter l’émission de lumière à un angle défini en appliquant une stress de commande et décaler l’angle de way à la vitesse la additionally rapide probable.
Les chercheurs ont commencé avec une métasurface semi-conductrice qui avait intégré de minuscules resources de lumière appelées factors quantiques. En utilisant une impulsion optique de contrôle, ils ont pu modifier ou reconfigurer la façon dont la surface réfléchissait la lumière et diriger les ondes lumineuses émises par les points quantiques dans différentes instructions sur une plage de 70 degrés pendant moins d’un billionième de temps. -deuxièmement, marquant un succès significatif. Semblable à la direction par laser, le faisceau dirigé a limité la tendance de la lumière incohérente à se propager sur un angle de vision additionally substantial et a plutôt produit une lumière vive à distance.
Lumière apprivoisée
Un exploit auparavant considéré comme extremely hard, le travail de preuve de principe de l’équipe ouvre la voie à des développements dans les domaines de la nanophotonique et de l’optique ultrarapide. La capacité de contrôler dynamiquement des sources lumineuses incohérentes et de manipuler leurs propriétés offre un large éventail d’applications.
Une utilisation à faible puissance serait d’éclairer les écrans des casques militaires utilisés pour superposer des cartes ou des programs sur la vision ordinaire. “Dans les applications où l’espace est précieux”, a déclaré Iyer, “le pilotage de l’émission de lumière avec des écrans LED à métasurface de faible taille et poids pourrait être rendu doable à l’avenir grâce à cette technologie. Nous pouvons utiliser la lumière émise d’une meilleure manière plutôt que de simplement les éteindre et les rallumer.”
La strategy pourrait également fournir un nouveau kind de petit écran capable de projeter des illustrations or photos holographiques sur les globes oculaires à l’aide de LED de faible puissance, une capacité particulièrement intéressante pour les dispositifs de réalité augmentée et virtuelle. D’autres utilisations pourraient être dans les voitures autonomes où le LIDAR est utilisé pour détecter des objets sur la trajectoire de la voiture.
En termes de manifestations d’intérêt, l’équipe a reçu plusieurs demandes de renseignements de sources commerciales, a déclaré le chercheur de Sandia Igal Brener, auteur de l’article et scientifique principal du projet. “Un produit industrial pourrait avoir 5 à 10 ans, surtout si nous voulons avoir toutes les fonctionnalités sur puce”, a déclaré Brener. “Vous n’utiliseriez pas une impulsion optique de contrôle pour transmettre les changements dans la métasurface nécessaires pour orienter la lumière, mais vous feriez plutôt ce contrôle électriquement. Nous avons des idées et des programs, mais il est encore tôt. Imaginez une ampoule LED qui peut émettre de la lumière pour vous suivre. Ainsi, vous ne gaspillerez pas tout cet éclairage là où il n’y a personne. C’est l’une des nombreuses purposes dont nous rêvions avec le DOE il y a des années pour l’efficacité énergétique de l’éclairage des bureaux, par exemple.
De même, la lumière apprivoisée pourrait un jour offrir des avantages dans des scénarios où un éclairage focalisé n’est nécessaire que dans un domaine d’intérêt spécifique, comme la chirurgie ou les véhicules autonomes.
Pour la lumière incohérente, l’avenir s’annonce radieux.
Sandia Countrywide Laboratories est un laboratoire multimission exploité par National Know-how and Engineering Answers de Sandia LLC, une filiale en propriété exclusive de Honeywell Worldwide Inc. pour la National Nuclear Safety Administration du département américain de l’Énergie. Sandia Labs a d’importantes responsabilités de recherche et développement dans les domaines de la dissuasion nucléaire, de la sécurité mondiale, de la défense, des systems énergétiques et de la compétitivité économique, avec des installations principales à Albuquerque, au Nouveau-Mexique, et à Livermore, en Californie.