Kaliforniya Üniversitesi, Los Angeles (UCLA) araştırmacıları, ışığın hassas odaklanmasını sağlayan yeni bir optik teknoloji ortaya koydular – sadece bir yönde. Bu yeni tek yönlü odaklama tasarımı, ışığın istenmeyen geriye doğru odaklanmasını etkili bir şekilde baskılayarak, ışığı verimli bir şekilde çalışma yönünde etkili bir şekilde iletmek için derin öğrenme kullanılarak optimize edilen yapılandırılmış kırılgan katmanlar kullanır.
Bulgular dergide yayınlandı Gelişmiş optik malzemeler. Bu inovasyon, güvenlik, savunma ve optik iletişim uygulamaları için önemli bir potansiyele sahip radyasyonun tek yönlü teslimatı için kompakt ve geniş bant çözümü sunmaktadır.
Asimetrik ışık yayılımının kontrol edilmesi – ışık tercihen bir yönde dolaşırken veya ters yönde dağılırken bir yönde hareket eder – optik sistemlerde uzun süredir devam eden bir ihtiyaç olmuştur. Geleneksel çözümler genellikle nispeten karmaşık ve maliyetli imalat yöntemleri, hacimli donanım ve yüksek güçlü lazer kaynakları gerektiren özel malzeme özelliklerine veya doğrusal olmayan malzemelere güvenir.
Asimetrik ızgaralar ve metamalzemeler de dahil olmak üzere diğer yaklaşımlar, polarizasyon ve dalga boyu duyarlılıkları, karmaşık tasarım kısıtlamaları ve eğik aydınlatma altında düşük performansları nedeniyle söz vermiştir, ancak sınırlı kalmıştır.
UCLA araştırmacıları tarafından geliştirilen yeni kırınlı tek yönlü ışık odaklama sistemi, bu zorlukları farklı bir yaklaşımla ele almaktadır. Ekip, bir dizi pasif, izotropik kırınma katmanının yapılarını optimize etmek için derin öğrenme kullanarak, ışık odağını ters yönde bastırırken ışığı ileri yönde etkili bir şekilde odaklayan kompakt ve geniş bant optik bir sistem oluşturdu.
Bu tasarım doğal olarak polarizasyona duyarlı değildir ve çoklu dalga boyları boyunca ölçeklenebilir, bu da geniş bir spektral aralık üzerinde tutarlı tek yönlü ışık kontrolü sağlar. Karmaşık malzemelere veya doğrusal olmayan optik etkilere dayanan geleneksel yöntemlerin aksine, bu derin öğrenmeye dayalı optimize edilmiş 3D yapı, aktif modülasyon veya yüksek güçlü kaynaklara olan ihtiyacı ortadan kaldırarak pasif, izotropik difaktif katmanlar kullanılarak asimetrik ışık yayılımı sağlar.
UCLA araştırma ekibi, Terahertz (THz) radyasyonunu kullanarak sistemlerinin etkinliğini gösterdi. Bir 3D yazıcı kullanarak, THz radyasyonunu ileri yönde başarılı bir şekilde odaklayan iki katmanlı kırınma yapısı üretirken geriye doğru ilerleyen enerjiyi bloke ettiler. Bu deneysel doğrulama, sistemin tek yönlü ışık yayılmasının tamamen optik, pasif kontrolü için pratik yeteneğini doğruladı.
Aktif modülasyon, doğrusal olmayan malzemeler veya yüksek güçlü kaynaklara dayanmadan ışığın yön kontrolünü sağlayarak, bu teknoloji, özellikle dinamik veya gürültülü koşullar altında serbest alan optik bağlantılarının verimliliğini ve güvenliğini arttırmak için kullanılabilir. Ayrıca, sistemin kompakt ve pasif doğası, yönlü ışık kontrolünün sinyal netliğini artırabileceği ve karmaşık veya dağınık ortamlardaki arka plan girişimini azaltabileceği gelişmiş görüntüleme ve algılama platformlarına entegrasyon için idealdir.
İstenmeyen geri yansımaları bastırarak, bu teknoloji, lazer işleme platformları, biyomedikal aletler ve hassas metroloji kurulumları dahil olmak üzere çok çeşitli optik sistemlerin stabilitesini ve performansını arttırmak için de kullanılabilir-burada yansıyan ışığın gürültü getirebileceği, hassasiyeti azaltabileceği veya hassas bileşenler.
Bu kırılgan tek yönlü odaklama tasarımının çok yönlülüğü ve sağlamlığı, onu çeşitli optik uygulamalar için güçlü bir aday haline getirir. Terahertz rejimindeki başarılı gösterisinin ardından UCLA ekibi, teknolojiyi gelişmiş nanofabrikasyon teknikleri kullanarak görünür ve kızılötesi dalga boyları da dahil olmak üzere elektromanyetik spektrumun diğer kısımlarına ölçeklendirmek için çalışıyor.
UCLA’da Yayın Kıdemli Yazar ve Volgenau Mühendislik İnovasyonu Başkanı Profesör Aydogan Ozcan, “Kırınak tek yönlü odaklama sistemimiz, asimetrik ışık işleme ve kontrolüne kompakt, pasif ve ölçeklenebilir bir yaklaşım sunuyor.” Dedi. Diyerek şöyle devam etti: “Bu teknolojinin yeni nesil optik iletişim ve algılama sistemlerinde ve hafif dağıtım sistemlerinde sağlayabileceği çok çeşitli olasılıklar konusunda heyecanlıyız.”
