Ein Forschungsteam bei Postech unter der Leitung von Professor Junsuk Rho (Abteilungen für Maschinenbau, Chemieingenieurwesen, Elektrotechnik und der Graduate School of Convergence Science and Technology) sowie MS/Ph.D. Die Schüler Seokwoo Kim, Joohoon Kim, Kyungtae Kim und Minsu Jeong (Department of Mechanical Engineering) haben eine neuartige mehrdimensionale Stichprobenentheorie entwickelt, um die Grenzen der flachen Optik zu überwinden. Ihre Studie identifiziert nicht nur die Einschränkungen herkömmlicher Stichprobenentheorien in der Metasoberflächendesign, sondern zeigt auch eine innovative Anti-Aliasing-Strategie, die die optische Leistung erheblich verbessert. Ihre Ergebnisse wurden in veröffentlicht in Naturkommunikation.
Flat Optics ist eine modernste Technologie, die das Licht im Nanoskala durch Strukturieren von ultradünnen Oberflächen mit Nanostrukturen manipuliert. Im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Systemen, die sich auf sperrige Linsen und Spiegel verlassen, ermöglicht die flache Optik ultra-kompakte optische Hochleistungsgeräte. Diese Innovation ist besonders entscheidend für die miniaturisierenden Smartphone -Kameras (Reduzierung der „Kamera -Beule“) und die Vorstufung von AR/VR -Technologien.
Metasurfaces, eine der vielversprechendsten Anwendungen der flachen Optik, stützen sich auf Hunderte von Millionen Nanostrukturen, um die Phasenverteilung des Lichts genau zu probieren und zu steuern. In diesem Zusammenhang bezieht sich die Stichprobe auf den Prozess der Konvertierung analoge optische Signale in diskrete Datenpunkte – ähnlich wie das menschliche Gehirn visuelle Informationen verarbeitet, indem mehrere Bilder pro Sekunde schnell erfasst werden, um eine kontinuierliche Bewegungswahrnehmung zu erzeugen. Traditionelle Stichprobenmethoden sind jedoch mit Herausforderungen verbunden. Wenn die Stichprobenrate zu niedrig ist, treten Aliasing -Artefakte auf, was zu verzerrten Bildern und optischen Ineffizienzen führt. Ein bekanntes Beispiel ist der Wagen-Wheel-Effekt, bei dem sich ein Spinnrad in einem Video aufgrund unzureichender Bildraten nach hinten oder einfrieren scheint. Dieses Aliasing -Problem ist eine wesentliche Einschränkung des Metasoberflächendesigns und reduziert die optische Effizienz und Präzision erheblich.
Seit Jahrzehnten haben sich Forscher auf den Probenahme -Theorem der Nyquist verlassen, um das Aliasing vorherzusagen und abzumildern. Das Postech -Team stellte jedoch fest, dass der Theorem von Nyquist jedoch für die digitale Signalverarbeitung nützlich ist, aber die optischen Komplexität von Metasurfaces nicht vollständig berücksichtigt. Während die Nyquist -Theorie die Frequenzgrenzen für die digitale Signalverarbeitung effektiv definiert, prognostiziert sie optische Verzerrungen in Metasurfaces nicht genau, was sowohl für die komplexe Nanostruktur von Metasurfaces als auch für die Wellen Natur des Lichts verantwortlich sein muss.
Um diese Einschränkung anzugehen, entwickelte das Team eine neue mehrdimensionale Stichprobenentheorie, die sowohl die zweidimensionale Gitterstruktur von Metasurfaces als auch die Welleneigenschaften des Lichts enthält. Ihre Forschung ergab erstmals, dass die geometrische Beziehung zwischen dem nanostrukturierten Gitter eines Metasurface und seinem spektralen Profil eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der optischen Leistung spielt. Durch die Einstellung der Gitterrotation und die Integration von Beugungselementen führte das Team eine Anti-Aliasing-Strategie ein, die das Rauschen minimiert und die Lichtsteuerung verbessert. Unter Verwendung dieses Ansatzes reduzierten sie das optische Rauschen in einem breiten Spektrum erfolgreich-von sichtbarem Licht bis zu ultravioletten Wellenlängen-und zeigten mit hoher Numerik-Apertur (NA) Metalsens und Weitwinkel-Meta-Hologramme, die im ultravioletten Regime funktionieren. Diese Studie definiert nicht nur das theoretische Gerüst für optische Metasurfaspekte, sondern entspannt auch die Herstellungsbeschränkungen, wodurch hochauflösende ultraviolette und hochrangige Metasurfe machbarer wird.
Professor Junsuk Rho betonte die Bedeutung ihrer Entdeckung: „Diese Forschung eröffnet neue Möglichkeiten für flache optische Geräte der nächsten Generation, einschließlich High-Na-Metalsens und Meta-Hologramme mit Weitwinkel. Unsere neu entwickelte Probenahmentheorie ist sehr vielseitig, Spannwellenlängen aus Mikrowellen Zu extremer Ultraviolett.
Diese Forschung wurde von Posco, Samsung Electronics, dem Ministerium für Wissenschaft und IKT und der National Research Foundation of Korea unterstützt.
