Метапристрої змінюють майбутнє дисплеїв та візуалізації

Група науковців під керівництвом професора Дін Піна Цая (Din Ping Tsai) з Міського університету Гонконгу опублікувала великий аналітичний огляд, присвячений еволюції метаповерхонь. Дослідники довели, що поєднання нерезонансних та резонансних механізмів відкриває еру гібридної метаоптики для AR/VR-систем, квантової фотоніки та дисплеїв надвисокої чіткості.

Огляд під назвою «From non-resonance to resonant meta-devices: imaging, color routing, displaying, and beyond» вийшов у науковому журналі Opto-Electronic Science.

Протягом останнього десятиліття метаповерхні - штучні структури із субхвильовими елементами - викликали справжню революцію у сфері візуалізації.

Традиційні нерезонансні метапристрої покладаються на геометричну фазу та фазу поширення. Вони чудово зарекомендували себе у широкосмугових та ахроматичних рішеннях (наприклад, ахроматичні металінзи та повноколірні структурні дисплеї). Проте їм бракує спектральної вибірковості, що обмежує їхнє застосування у складних багатофункціональних системах.

Останніми роками науковці запропонували новий підхід на основі резонансних механізмів (включаючи зв'язані стани в континуумі - BIC, та локально-нелокальні переходи - LNT). Це дозволяє досягти ультравузькосмугового формування хвильового фронту, піксельного маршрутизування кольору та багаторазово посилити взаємодію світла з речовиною.

Дослідники наголошують: нерезонансні та резонансні пристрої не замінюють, а доповнюють один одного, а їхній синтез є головним вектором розвитку оптичної індустрії.

У своїй праці вчені систематизували основні досягнення за кількома напрямками. Використання квазі-BIC метаповерхонь дозволило створити металазери з високим добротним фактором (Q 3700). Вони здатні напряму випромінювати вузькосмугові лазерні промені довільної форми (фокусовані плями, вихорові промені, голограми без спекл-шуму) без використання додаткової зовнішньої оптики.

Резонансні механізми суттєво підвищили якість структурного кольору. Наприклад, кремнієві наноантени на основі квазі-BIC успішно розв'язали давню проблему «червоного Шредінгера» (Schrödinger’s red), придушивши мультипольні резонанси вищих порядків. Це дозволило отримати винятково чисті та яскраві червоні пікселі.

Використання плазмонних метаповерхонь із мілководними нанокавітетами дозволило окремо налаштовувати тон, насиченість та яскравість світла. Технологія робить можливим відтворення повноколірних картин на рівні літографії та дозволяє приховувати зашифровану інформацію, доступну лише за певної поляризації світла.

Майбутнє фотоніки полягає у створенні гібридних метапристроїв, які поєднають широкосмугову ахроматичність із високою спектральною вибірковістю. Завдяки залученню матеріалів із динамічним перемиканням та глибинного навчання для зворотного проєктування (deep-learning inverse design), технологія змінить ринки AR/VR-гарнітур, лідарів (LiDAR) та біосенсорів.

Серед головних завдань, які науковцям ще належить вирішити для масового впровадження - масштабування високоточного виготовлення на великих площах, моделювання складних нелокальних ефектів та повна інтеграція з комерційними CMOS-процесами.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI