วิศวกรจาก Caltech ได้สร้างลวดลาย Metasurface ด้วยเสารับสัญญาณขนาดจิ๋วที่ปรับจูนได้เพื่อให้สามารถสะท้อนลำแสงของแสง Optical ที่เข้ามาทำให้เกิด Sideband, Channel และความถี่ Optical อื่น ๆ ได้อีกมากมาย
เวลาในพื้นที่หนึ่ง ๆ มีการใช้งานอุปกรณ์จำนวนมากเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตพร้อมโหลดทั้งเว็บไซต์, สตรีมวิดีโอความละเอียดสูง และการใช้งานอื่น ๆ หากมองไปไกลกว่านั้นที่ทุกคนมีการใช้งานเครือข่ายไร้สายแบบ Dedicated สำหรับการสื่อสารที่มีความเร็วหลายร้อยเท่าหากเทียบกับ Wi-Fi ในปัจจุบันและมีแบนด์วิธมากกว่าเป็นร้อยเท่า ฝันเหล่านี้อาจไม่ไกลอีกต่อไป
ด้วย Metasurface ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่ลำแสงเข้ามา 1 เส้นแต่สามารถกลับออกไปได้หลายเส้นซึ่งมีความถี่ Optical ที่แตกต่างกันไปและมีทิศทางที่ไม่เหมือนกันอีกด้วย สิ่งที่เกิดขึ้นนั้นเป็นเหมือนกับ Array ของช่องทางสื่อสารที่นำไปสู่การทำให้เกิดสัญญาณในพื้นที่โล่งแทนที่จะเป็นการส่งสัญญาณผ่าน Optical Fiber ผลลัพธ์ที่ได้นั้นถือเป็นแนวทางการพัฒนาการส่งสัญญาณไร้สายที่ล้ำหน้ากว่าเดิมในเรื่องของปการส่งปริมาณข้อมูลที่ใหญ่ขึ้นและการส่งข้อมูลผ่านพื้นที่
ด้วยวิศวกรรมสำหรับอุปกรณ์ที่เหมือนตัวต้านทาน (Transistor) หลายชั้นถูกเลือกลวดลาย (Pattern) สำหรับเสาสัญญาณระดับนาโนมาอย่างระมัดระวัง ทำให้สามารถสะท้อน, กระจาย และควบคุมแสงได้ อุปกรณ์ที่ราบเรียบนี้สามารถรวมแสงได้คล้ายกับเลนส์หรือสะท้อนแสงได้เหมือนกับกระจกด้วยการออกแบบ Array ของส่วนประกอบระดับนาโนที่ปรับแต่งวิธีการตอบสนองกับแสง
งานวิจัยเดิมที่เกี่ยวข้องกับ Metasurface จะมุ่งประเด็นไปที่การสร้างอุปกรณ์แบบ Passive ที่มีทิศทางแสงได้ในรูปแบบเดียว ซึ่งมีการเจาะจงเรื่องของเวลาอีกด้วย แต่งานวิจัยชิ้นนี้แตกต่างออกไปเพราะเป็นการใช้ Metasurface แบบ Active ซึ่งทำให้สามารถใช้งานกับตัวกระตุ้นภายนอก เช่น แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันให้กับอุปกรณ์เหล่านี้ และปรับจูนระหว่างฟังก์ชัน Passive ที่แตกต่างกัน
ในงานวิจัยล่าสุด ทีมวิจัยได้อธิบายสิ่งที่เรียกว่า Space – Time Metasurface สามารถสะท้อนแสงไปในทิศทางและความถี่ที่ต้องการได้ ซึ่งการประเมินที่เกิดขึ้นนับเป็นฟังก์ชันของเวลาเพราะความถี่นั้นถูกระบุด้วยจำนวนของคลื่นที่ผ่านจุด ๆ หนึ่งต่อวินาที โดยอุปกรณ์ Metasurface นี้มีแกนกลางกว้างและยาว 120 ไมครอน ทำงานในโหมดสะท้อนที่มีความถี่ Optical นิยมใช้ในการสื่อสารที่ระดับ 1,530 นาโนเมตร ซึ่งมีความถี่สูงกว่าคลื่นวิทยุนับพันเท่า นั่นหมายความว่าจะมี Bandwidth เยอะกว่ามาก
ในระดับความถี่ของวิทยุนั้น อิเล็กทรอนิกส์สามารถนำทางและเปลี่ยนทิศทางของแสงให้แตกต่างกันออกไปได้ ซึ่งปรกติแล้วมักใช้ในการนำทางด้วยอุปกรณ์เรดาห์บนเครื่องบิน แต่ไม่มีอุปกรณ์ไหนเลยที่จะสามารถใช้งานความถี่ Optical ได้มากเท่านี้
คุณสมบัติเหล่านี้ทำสามารถใช้งานได้กับแอปพลิเคชันที่หลากหลาย เช่น LiDAR ซึ่งใช้แสงเพื่อวัดความลึกของข้อมูลพื้นที่ในรูปแบบ 3 มิติ ไปจนถึงการเบิกทางสู่สัญญาณ Wi-Fi ในความถี่วิทยุที่ทำให้สื่อสารข้อมูลปริมาณมากได้
ที่มา:
caltech.edu
