Мета-поверхности управляют RF, светом или звуком произвольно

«Существующие решения для управления отражением волн имеют низкую эффективность или сложную реализацию», - говорит исследователь Aalto доктор Ана Диас-Рубио. «Мы решили обе эти проблемы. Мы не только придумали способ проектирования высокоэффективных мета-поверхностей, мы также можем адаптировать дизайн для различных функциональных возможностей. Эти мета-поверхности являются универсальной платформой для произвольного контроля отражения ».

Поверхности были названы мета-зеркалами, и ключом к их созданию является применение новой физики, описывающей отражение поверхностными элементами субволновой длины.

«Только недавно физика этого преобразования волн мета-поверхностями была правильно понята. Теоретически было показано, что нелокальные свойства, необходимые для высокоэффективных отражений в произвольных направлениях, в принципе могут быть реализованы путем тщательной разработки профиля реактивного сопротивления поверхности », - говорится в статье paperПоток-конформные мета-ошибки для инженерных отражений волнAvailable (доступно бесплатно полностью), в котором описывается работа в журнале Science Advances.

По словам команды, нет никакого паразитного рассеяния, а также нет необходимости в мимолетных полях вблизи мета-поверхности - поля перед мета-зеркалом являются комбинациями желаемых распространяющихся плоских волн вдали от поверхности и в ее непосредственной близости.

Учитывая, что плоские волны падают на поверхность, почти вся энергия может быть направлена ​​под выбранным углом или под углами, определяемыми фиксированными небольшими структурами на поверхности, имеющими форму, зависящую от частоты, предполагаемого угла входа и требуемых углов выхода.

Те же математика и теория («конформные мета-поверхности потока мощности») применимы независимо от того, являются ли волны звуковыми, световыми или радиоволнами.

В документе описаны два мета-зеркала, оба из которых предназначены для отражения света или звука (при изготовлении из подходящего материала), попадающих под прямым углом к ​​поверхности зеркала.

В то время как стандартное зеркало будет отражать его прямо назад, одно из примеров зеркал отражает энергию на расстоянии 70 ° к одной стороне, а другое отражает часть на 70 ° к одной стороне, а остальные на 70 ° к другой стороне - последний создает светоделитель.

В качестве подтверждения концепции, ситуация 70 ° в одну сторону была разработана для использования звуковой волны 3 кГц, а затем смоделирована и построена (см. Фото, подробная геометрия описана в документе).

Трехмерная печатная единица измерения для зеркала 3 кГц имеет длину 120 мм и глубину 63 мм (см. Фото) и состоит из набора прямоугольных «трубок» 8 мм переменной глубины - ширина 8 мм каждой трубки меньше 0,1λ при 3 кГц. В физическом эксперименте использовалось 12 повторных единиц. Экспериментальные результаты хорошо согласуются с моделями.

«Это действительно захватывающий результат», - сказал Диас-Рубио. «Мы придумали способ создания такого устройства и тестируем его на управление звуковыми волнами. Более того, эта идея может быть применена к электромагнитным полям ».