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メタサーフェスが新たなLi-FiとLiDAR技術を生み出す

新しい調整可能なスマート サーフェスは、単一の光パルスを複数のビームに変換し、それぞれを異なる方向に向けることができます。この原理実証の開発により、通信、イメージング、センシング、医療の分野でさまざまなイノベーションへの扉が開かれます。この研究は、カリフォルニア工科大学の応用物理学および材料科学教授ハリー・アトウォーター氏の研究室で行われたもので、メタ表面と呼ばれる一種のナノ工学材料によって可能になった。「これらは人工的に設計された表面で、基本的にはナノ構造のパターンで構成されています」とアトウォーター氏のグループの大学院生プラチ・トゥレジャ氏は言う。「つまり、これはナノ構造の配列であり、それぞれのナノ構造によって、基本的に光の特性を局所的に制御できるのです。」表面は毎秒最大数百万回再構成され、局所的に光を制御する方法を変えることができます。これは、光宇宙通信や Li-Fi、LIDAR などの光データ伝送アプリケーションで光を操作して方向転換するのに十分な速さです。「[The metasurface] 「光を制御する上で前例のない自由度がもたらされます」と香港城市大学の電気工学准教授アレックス・MH・ウォン氏は言う。「これが可能になれば、既存の無線技術を光領域に移行できることになります。Li-FiとLIDARがその代表例です。」 メタサーフェスはレンズやミラーの必要性を排除します光線の操作と方向転換には通常、さまざまな従来のレンズとミラーが使われます。これらのレンズとミラーは顕微鏡サイズかもしれませんが、それでもスネルの法則のような材料の光学特性を利用しています。スネルの法則は、さまざまな材料を通過する波面の進行と、その波面が材料自体の特性に応じてどのように方向転換（または屈折）されるかを説明しています。これとは対照的に、この新しい研究は半導体材料を介して材料の光学特性を電気的に操作できる可能性を示しています。ナノスケールのミラー要素と組み合わせることで、曲がったり曲げられたりしたガラスを長く必要とせずに、平らな微細デバイスをレンズのように動作させることができます。また、新しいメタサーフェスの光学特性は、電気信号を使用して 1 秒間に数百万回切り替えることができます。「私たちのデバイスの違いは、デバイス全体に異なる電圧をかけることで、物理的にはミラーが動いていなくても、ミラーから発せられる光のプロファイルを変更できることです」と、論文の共著者で、アトウォーターのグループの大学院生でもあるジャレッド・シスラーは言う。「そして、電気的に再プログラム可能なミラーのように光を操ることができるのです。」このデバイス自体は、各辺が 120 マイクロメートルのチップで、インジウムスズ酸化物の半導体層に埋め込まれた小さな金のアンテナの表面によって光操作機能を実現しています。半導体にかかる電圧を操作すると、材料の光を曲げる能力 (屈折率とも呼ばれます) が変わります。金のミラー要素の反射と半導体の調整可能な屈折能力により、迅速に調整可能な光操作が可能になります。 「固体メタサーフェスや光学デバイスを使って空間で光を操作し、それを情報のエンコードにも使うというアイデアは、現時点ではそのようなものはありません」とシスラー氏は言う。「つまり、技術的には、より高い変調率を達成できれば、より多くの情報を送信できます。しかし、これは一種の新しい領域なので、私たちのデバイスの性能は、原理を示すだけのものです。」メタサーフェスは多くの新しい可能性を切り開くウォン氏によると、この原理は、近い将来に起こりそうなメタサーフェスの開発と発見を背景に、幅広い将来の技術を示唆しているという。 「メタサーフェス [can] 「メタサーフェスは、平らで超薄型、軽量でありながら、通常は慎重に湾曲したレンズの集合によって実現される機能も備えています」とウォン氏は言う。「科学者たちは現在も、メタサーフェスが持つ膨大な可能性を解き明かそうとしているところです。 「ナノファブリケーションの進歩により、波長よりもはるかに小さい微細構造の要素が確実に製造できるようになりました」とウォン氏は続けます。「メタサーフェスの多くの機能は日常的に実証されており、通信だけでなく、画像、センシング、医療など、さまざまな分野でメリットがあります...学術界の関心に加えて、産業界のさまざまなプレーヤーも深い関心を持ち、この技術を商業化に向けて推進するために多額の投資をしていることを知っています。」あなたのサイトの記事からウェブ上の関連記事 #メタサーフェスが新たなLiFiとLiDAR技術を生み出す