在最新的研究中，紐約城市大學研究中心（CUNY ASRC）的科學家們成功開發出一種超薄的超穎表面（Metasurface）晶片，能夠將不可見的紅外光轉換為可調整的可見光束，這項突破為未來的光學技術開啟了新大門。
這種新型的超穎表面晶片由微小的圖案結構組成，這些結構的尺寸小於光的波長。當紅外雷射照射到晶片上時，晶片能夠將進入的光轉換為更高頻率的可見光，並以狹窄的光束形式發射，光束的方向可以透過改變入射光的極化（Polarization）來調整。
在實驗中，研究人員成功將波長約 1,530 奈米的紅外光轉換為波長約 510 奈米的可見綠光，並能夠將綠光束指向特定的角度。研究人員指出，可以想像成一個平坦的微型聚光燈，不僅能改變光的顏色，還能將光束指向任何地方，所有這一切都在一個晶片上完成。
這項技術的創新之處在於它結合了非線性光生成的優勢，這是一種將一種顏色的光轉換為另一種顏色的過程。這項超穎表面利用了一種特殊的集體共振現象，能夠在整個表面上捕捉和增強入射的紅外光。每個微小的元件根據精心設計的模式進行旋轉，進而使得發出的光具有位置依賴的相位，類似於內建透鏡或稜鏡的效果。
這種結構使得晶片能夠產生三次諧波光，即頻率是入射光束 3 倍的光，同時也能將產生的光束引導到選定的方向。當入射光的極化方向反轉時，發出的光束方向也會隨之反轉，這為光束的引導提供了一種簡單的控制機制。
此系統產生的三次諧波訊號的效率比類似的設備高出約 100 倍，這些設備雖然能夠改變光束形狀，但缺乏這種集體共振的特性。能夠高效地創造和引導新顏色的光，將為未來的多種技術提供可能性。
根據研究人員的說法，未來的技術版本可能會堆疊或組合幾個略有不同調整的超穎表面，這項方法將使系統能夠在更廣泛的波長範圍內高效運作。
研究成果已發表在《eLight》期刊。
（首圖來源：shutterstock）
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