Meta-Oberflächen steuern HF, Licht oder Ton beliebig

"Bestehende Lösungen zur Steuerung der Reflexion von Wellen haben eine geringe Effizienz oder eine schwierige Implementierung", sagte Aalto-Forscherin Dr. Ana Díaz-Rubio. „Wir haben beide Probleme gelöst. Wir haben nicht nur einen Weg gefunden, hocheffiziente Meta-Oberflächen zu entwerfen, sondern wir können das Design auch für verschiedene Funktionalitäten anpassen. Diese Meta-Oberflächen sind eine vielseitige Plattform zur willkürlichen Kontrolle der Reflexion. “

Die Oberflächen wurden als Metaspiegel bezeichnet. Der Schlüssel zu ihrer Erstellung liegt in der Anwendung einer neuen Physik, die die Reflexion durch Oberflächenmerkmale der Unterwellenlänge beschreibt.

„Erst kürzlich wurde die Physik dieser Wellentransformation durch Meta-Oberflächen richtig verstanden. Theoretisch konnte gezeigt werden, dass die nichtlokalen Eigenschaften, die für Reflexionen mit hohem Wirkungsgrad in beliebige Richtungen erforderlich sind, im Prinzip durch sorgfältiges Engineering des Oberflächenreaktanzprofils realisiert werden können. “Leistungsflusskonforme Meto-Spiegel für technische Wellenreflexionen„(Vollständig kostenlos erhältlich), in dem die Arbeit in Science Advances beschrieben wird.

Dem Team zufolge gibt es weder parasitäre Streuung, noch bedarf es evaneszierender Felder in der Nähe der Meta-Oberfläche. Felder vor dem Metaspiegel sind Kombinationen der gewünschten Wellen der ausbreitenden Ebene von der Oberfläche weg und in ihrer unmittelbaren Nähe.

Bei einer auf die Oberfläche auftreffenden ebenen Welle kann nahezu die gesamte Energie unter einem gewählten Winkel oder unter Winkeln, die durch feststehende kleine Strukturen auf der Oberfläche bestimmt werden, die abhängig von der Frequenz, dem beabsichtigten Eintrittswinkel und den erforderlichen Austrittswinkeln geformt werden, weggelenkt werden.

Dieselbe Mathematik und Theorie ("stromflusskonforme Meta-Oberflächen") gilt unabhängig davon, ob es sich um Schall-, Licht- oder Radiowellen handelt.

In dem Artikel werden zwei Metaspiegel beschrieben, die beide dazu bestimmt sind, Licht oder Schall (wenn sie aus einem geeigneten Material bestehen) im rechten Winkel zur Spiegeloberfläche zu reflektieren.

Ein Normalspiegel würde ihn zwar gerade nach hinten reflektieren, einer der Beispielspiegel reflektiert die Energie um 70 ° zu einer Seite und der andere reflektiert einen Teil um 70 ° nach einer Seite und der Rest um 70 ° nach der anderen Seite - den Spiegel Letzteres schafft einen Strahlteiler.

In einem Proof-of-Concept wurde die Situation von 70 ° zu einer Seite für die Verwendung von 3 kHz-Schallwellen konzipiert und dann sowohl modelliert als auch gebaut (siehe Foto, detaillierte Geometrie wird in der Arbeit beschrieben).

Die 3D-gedruckte, sich wiederholende Einheit für den 3-kHz-Spiegel ist 120 mm lang und 63 mm tief (siehe Foto) und besteht aus einer Sammlung von rechteckigen 8-mm-Rechteckröhren mit variabler Tiefe - die 8 mm-Breite jeder Röhre ist bei 3 kHz kleiner als 0,1 & lgr ;. Das physikalische Experiment verwendete 12 wiederholte Einheiten. Die experimentellen Ergebnisse stimmten gut mit den Modellen überein.

"Das ist wirklich ein aufregendes Ergebnis", sagte Díaz-Rubio. „Wir haben einen Weg gefunden, ein solches Gerät zu entwickeln, und wir testen es zur Steuerung von Schallwellen. Darüber hinaus kann diese Idee auf elektromagnetische Felder angewendet werden. “