Un equipo de investigadores desarrolló una metasuperficie programable controlada por píxeles capaz de manipular dinámicamente las ondas de terahertz (THz). Este dispositivo funciona como un modulador espacial de fase y logra combinar la codificación independiente a nivel de píxel con la capacidad de alternar entre múltiples funciones ópticas en una misma plataforma.
La radiación de terahertz, ubicada en el espectro electromagnético entre el infrarrojo y las microondas, ofrece alta resolución, funcionamiento no ionizante y una importante capacidad de canal. Estas características la vuelven muy atractiva para la caracterización de materiales, el sensado y las comunicaciones inalámbricas de alta capacidad. Sin embargo, el diseño de dispositivos compactos que puedan manipular los frentes de onda de THz de forma flexible seguía siendo un desafío técnico.
Un diseño basado en materiales de cambio de fase
Para resolver este inconveniente, el nuevo enfoque utiliza una matriz de 50 × 50 píxeles compuesta por metaátomos especialmente diseñados. Cada uno de estos elementos contiene cuatro parches de dióxido de vanadio (VO₂), un material que cambia de fase, integrados dentro de un resonador metálico de anillo dividido.
A través de pulsos de láser de femtosegundo con patrones determinados, se activan de manera selectiva estos parches, lo que permite programar la respuesta de fase de cada píxel individual. Además, la utilización de un sustrato flexible de poliimida ayuda a aislar el calor generado por la luz y evitar interferencias térmicas entre los elementos adyacentes.
Pruebas y funciones múltiples en un único dispositivo
A una frecuencia de trabajo de 0,7 THz, el sistema utiliza una codificación de 2 bits con cuatro estados programables que cubren un rango de fase completo de 2π en incrementos aproximados de π/2. En las pruebas experimentales, la eficiencia de conversión de amplitud medida alcanzó el 27%, lo que demuestra el control de fase junto con una conversión de polarización práctica.
Una de las principales ventajas es que una sola metasuperficie puede realizar varias funciones distintas simplemente modificando el patrón espacial del bombeo óptico. Entre las demostraciones realizadas se destacan:
- Meta-lente de zoom dinámico: con distancias focales conmutables de 10 y 12 milímetros.
- Generador de haces de vórtice enfocados: con cargas topológicas ajustables de +1 y −1.
- Imagen holográfica dinámica: capaz de reconstruir y alternar la proyección de las letras “C”, “N” y “U”.
Proyección tecnológica
Al reunir codificación por píxeles, control de fase y multifuncionalidad en una estructura transmisiva y compacta, este avance facilita el desarrollo de componentes de terahertzios más integrados. Las futuras mejoras en la velocidad de respuesta, la eficiencia y la velocidad de conmutación de los patrones ópticos permitirán potenciar su uso en redes de comunicación inalámbrica de última generación, sistemas de imágenes de alta resolución y tecnologías reconfigurables.