Kırılma – farklı medyadan geçerken ışığın bükülmesi – farklı yönlerdeki ışık dalgalarının nasıl büküldüğü üzerinde bağımsız kontrolü önleyen fiziksel yasalarla uzun zamandır kısıtlanmıştır. Şimdi, UCLA araştırmacıları, yapısal olarak “program” kırılacak şekilde tasarlanabilen ve ışık dalgalarının bükülmesi üzerinde keyfi kontrol sağlayan yeni bir pasif malzeme sınıfı geliştirdiler.
Yayınlanan bir çalışmada Doğa İletişimiUCLA’da Şansölye Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü Dr. Aydogan Ozcan liderliğindeki bir ekip, her bir giriş yönü için kırılmış ışığın çıkış yönünü bağımsız olarak uyarlayabilen Refraktif Fonksiyon Jeneratörü (RFG) adı verilen yeni bir cihaz tanıttı. Bu cihaz, ışığın özel olarak tasarlanmış kurallara göre yönlendirilmesine, filtrelenmesine veya yeniden yönlendirilmesine izin verir-standart malzemelerin veya geleneksel metasurfların elde edebileceğinin ötesinde.
Snell Yasası tarafından tarif edilen standart kırılma, ışığın giriş ve çıkış yönlerini sabit malzeme özelliklerini kullanarak bağlar. Gelişmiş Metasurface tasarımları bile sadece sınırlı kırılabilirlik ayarlanabilirliğine izin verir.
Bununla birlikte, RFG, tamamen keyfi refraktif fonksiyonları tanımlamak için, ışık kırılma işlevlerini etkili bir şekilde ayrıştırarak, ışığın kırınım sınırına yakın bir ölçekte derin öğrenme yoluyla yapısal olarak tasarlanan çok ince bir pasif geçirgen katman yığını kullanır. UCLA ekibi, kalınlıkta sadece birkaç on dalga boyunu kapsayan bu ince optik cihazların permütasyon, filtrelenmiş permütasyon ve negatif kırılma gibi sofistike dalga dönüşümlerini gerçekleştirebileceğini gösterdi.
Yaklaşımlarını doğrulamak için, araştırmacılar 3D baskılı malzemeler ve terahertz dalgaları kullanarak RFG’leri üretti ve deneysel olarak test ettiler. Bu cihazlar, kesin olarak tanımlanmış talimatlarda başarılı bir şekilde ışık büktü ve kırılma fonksiyonlarının keyfi programlamasını başarıyla gösterdi.
Ozcan, “Bu, ışığın nasıl davrandığını tam olarak kontrol etme ve mühendislik yapma yeteneğimizde önemli bir adım.” Dedi. “Yapılandırılmış 3D malzemeler kullanarak ışığın kırılmasını programlayarak, optik bilgi işlem, iletişim ve görüntüleme sistemleri için yeni tasarım fırsatları açıyoruz.”
Çalışma, bu RFG cihazlarının imalat kusurlarına ve dalga boyu varyasyonlarına karşı kompakt, verimli ve sağlam olmak için AI kullanılarak tasarlanabileceğini göstermektedir. AI tabanlı tasarım çerçevesi, RFG’lerin dalga boyu ve polarizasyon çoğaltılması ve sadece pasif, yapılandırılmış malzemeler kullanılarak tek yönlü ışık yönlendirmesi de dahil olmak üzere daha fazla uzantıyı sergiledi.
Bu çalışmanın yazarları Dr. Md Sadman Sakib Rahman, Tianyi Gan, Prof. Mona Jarrahi ve Prof. Aydogan Ozcan, hepsi UCLA Samueli Mühendislik Okulu’nda. Bu araştırma ABD ARO (Ordu Araştırma Ofisi) tarafından desteklenmiştir.
