Материалы, разработанные с помощью искусственного интеллекта, позволяют индивидуально управлять преломлением света

Преломление — изменение направления света при переходе из одной среды в другую — долгое время ограничивалось физическими законами, которые не позволяли независимо управлять тем, как световые волны изгибаются в разных направлениях. Теперь исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) разработали новый класс пассивных материалов, которые можно структурно модифицировать для «программирования» преломления, обеспечивая произвольный контроль над изгибом световых волн.

В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, группа под руководством доктора Айдогана Озкана, профессора электротехники и вычислительной техники в UCLA, представила новое устройство под названием генератор рефракционных функций (РФГ), которое может независимо настраивать направление выхода преломлённого света для каждого направления входа. Это устройство позволяет управлять светом, фильтровать или перенаправлять его в соответствии с индивидуально разработанными правилами — далеко за пределами возможностей стандартных материалов или традиционных метаповерхностей.

Стандартное преломление

Стандартное преломление, описываемое законом Снеллиуса, связывает направления входа и выхода света с помощью фиксированных свойств материала. Даже передовые конструкции метаповерхностей допускают лишь ограниченную настройку преломления.

Принцип работы РФГ

РФГ использует очень тонкую стопку пассивных пропускающих слоёв, каждый из которых структурно модифицирован с помощью глубокого обучения в масштабе, близком к дифракционному пределу света, для определения полностью произвольных рефракционных функций, эффективно разделяя входные и выходные сопоставления преломления света. Команда UCLA продемонстрировала, что эти тонкие оптические устройства, толщиной всего в несколько десятков длин волн, могут выполнять сложные волновые преобразования, такие как перестановка, фильтрованная перестановка и отрицательное преломление.

Для проверки своего подхода исследователи изготовили и экспериментально протестировали РФГ с использованием 3D-печати и терагерцовых волн. Эти устройства успешно направляли свет в точно заданных направлениях, успешно продемонстрировав произвольное программирование рефракционных функций.

«Это значительный шаг вперёд в нашей способности точно контролировать поведение света», — сказал доктор Озкан. «Программируя преломление света с помощью структурированных 3D-материалов, мы открываем новые возможности для проектирования систем оптических вычислений, связи и визуализации».

Исследование показывает, что эти устройства РФГ могут быть разработаны с помощью искусственного интеллекта так, чтобы быть компактными, эффективными и устойчивыми к производственным дефектам и изменениям длины волны. Фреймворк проектирования на основе искусственного интеллекта также продемонстрировал дальнейшие расширения, включая мультиплексирование длин волн и поляризации РФГ, а также однонаправленную маршрутизацию света с использованием только пассивных структурированных материалов.

Авторы этой работы — доктор Мд Садман Сакиб Рахман, Тяньйи Ган, профессор Мона Джаррахи и профессор Айдоган Озкан, все из Инженерной школы Самуэли при UCLA. Это исследование было поддержано Управлением армейских исследований США (ARO).

Предоставлено Институтом технологических достижений Инженерного дела UCLA.

Авторы работы:
* доктор Мд Садман Сакиб Рахман;
* Тяньйи Ган;
* профессор Мона Джаррахи;
* профессор Айдоган Озкан (все из Инженерной школы Самуэли при UCLA).

Исследование было поддержано Управлением армейских исследований США (ARO).

Источник

Оставьте комментарий