Meta overflader styrer RF, lys eller lyd vilkårligt

"Eksisterende løsninger til styring af bølgebesving har lav effektivitet eller vanskelig implementering," siger Aalto-forsker Dr Ana Díaz-Rubio. "Vi løste begge disse problemer. Ikke alene fandt vi ud af en måde at designe højeffektive meta-overflader på. Vi kan også tilpasse designet til forskellige funktionaliteter. Disse meta-overflader er en alsidig platform for vilkårlig kontrol af refleksion. "

Overfladerne er blevet døbt meta-spejle, og nøglen til at skabe dem er at anvende ny fysik, der beskriver refleksion af underbølgelængdeoverfladeegenskaber.

"Det var først for nylig, at fysikken i denne bølgeforvandling ved meta-overflader blev korrekt forstået. Det blev teoretisk vist, at de ikke-lokale egenskaber, der kræves til højeffektiv refleksioner i vilkårlige retninger, i princippet kan realiseres ved omhyggeligt at konstruere overfladereaktansprofilen "ifølge papiret"Power flow-conformal metamirrors for engineering wave refleksioner'(Tilgængelig gratis fuldt ud), som beskriver arbejdet i Science Advances.

Ifølge teamet er der ingen parasitisk spredning, og der er heller ikke behov for evanescente felter tæt på meta-overfladen - felterne foran meta-spejlet. Der er kombinationer af de ønskede forplantningsbølger væk fra overfladen og i nærheden.

I betragtning af en plan bølger, der forekommer på overfladen, kan næsten al energi rettes væk i en valgt vinkel eller ved vinkler bestemt af faste små strukturer på overfladen, formet afhængigt af frekvensen, den tilsigtede indgangsvinkel og de nødvendige udgangsvinkler.

Samme matematik og teori ('strøm-flow-conforma meta-overflader') gælder, uanset om bølgerne er lyd-, lys- eller radiobølger.

Papiret beskriver to meta-spejle, der begge er designet til at afspejle lys eller lyd (når de er lavet med et egnet materiale), der kommer vinkelret på spejlfladen.

Mens et standard spejl afspejler det lige tilbage, afspejler et af eksemplets spejle energien væk ved 70 ° til den ene side, og den anden afspejler nogle ved 70 ° til den ene side og resten ved 70 ° til den anden side - den sidstnævnte skaber en strålesplitter.

I et proof-of-concept blev 70 ° -til-en-sidesituationen designet til 3kHz lydbølgebrug, så både modelleret og bygget (se billede, detaljeret geometri er beskrevet i papiret).

Den 3D-udskrevne gentagelsesenhed i til 3kHz spejlet er 120mm langt og 63mm dybt (se foto) og består af en samling af 8 mm rektangulære "rør" 8mm bredde af hvert rør er mindre end 0,1λ ved 3kHz. Det fysiske eksperiment brugte 12 gentagne enheder. Eksperimentelle resultater aftalte godt med modellerne.

"Dette er virkelig et spændende resultat," sagde Díaz-Rubio. "Vi har fundet ud af en måde at designe en sådan enhed på, og vi tester det for at styre lydbølgerne. Desuden kan denne ide anvendes til elektromagnetiske felter. "