Si le Metalens va être utilisé commercialement dans les systèmes AR et VR, il devra être considérablement mis à l'échelle, ce qui signifie que le nombre de nanopillars sera dans les milliards.Comment les chercheurs peuvent-ils concevoir quelque chose d'aussi complexe?C'est là que l'intelligence artificielle entre en jeu.
In a recent paper, published in Nature Communications, a team of researchers from the Harvard John A.L'École d'ingénierie et des sciences appliquées (Seas) de Paulson et l'Institut de technologie du Massachusetts (MIT) ont décrit une nouvelle méthode pour concevoir des métasurfaces à grande échelle qui utilisent des techniques d'intelligence machine pour générer des conceptions automatiquement.
"Cet article jette l'approche de bases et de conception qui peut influencer de nombreux appareils du monde réel", a déclaré Federico Capasso, le Robert L.Professeur de physique appliquée de Wallace et chercheur principal de Vinton Hayes en génie électrique chez Seas et auteur principal du journal."Nos méthodes permettront de nouvelles conceptions de métasurface qui peuvent avoir un impact sur la réalité virtuelle ou augmentée, les voitures autonomes et la vision machine pour les systèmes embarqués et les satellites."
Jusqu'à présent, les chercheurs avaient besoin d'années de connaissances et d'expérience dans le domaine pour concevoir une métasur.
"Nous avons été guidés par une conception basée sur l'intuition, en nous appuyant fortement sur sa formation en physique, qui a été limité dans le nombre de paramètres qui peuvent être considérés simultanément, délimités comme par la capacité de mémoire de travail humaine", a déclaré Zhaoyi Li,Un associé de recherche chez Seas et co-dirigeant auteur du journal.
advertisement
Pour surmonter ces limites, l'équipe a enseigné à un programme informatique la physique de la conception de métasurface.Le programme utilise les bases de la physique pour générer automatiquement des conceptions de métasurface, concevant des milliards à des milliards de paramètres simultanément.
Il s'agit d'un processus de conception inverse, ce qui signifie que les chercheurs commencent par une fonction souhaitée des métalaux - comme une lentille qui peut corriger l'aberration chromatique - et le programme trouve les meilleures géométries de conception pour atteindre cet objectif en utilisant ses algorithmes de calcul.
"Laisser un ordinateur prendre une décision est intrinsèquement effrayant, mais nous avons démontré que notre programme peut agir comme une boussole, montrant la voie à la conception optimale", a déclaré Raphaël Pestourie, associé postdoctoral au MIT et auteur co-chef de l'article."Ce qui est plus, l'ensemble du processus de conception prend moins d'une journée en utilisant un ordinateur portable à CPU, par rapport à l'approche précédente, qui prendrait des mois pour simuler une métasurface unique de 1 cm de diamètre fonctionnant dans le spectre visible de la lumière."
"Il s'agit d'une augmentation des ordres de grandeur de l'échelle de la conception inverse pour les appareils photoniques nanostructurés, générant des dispositifs de dizaines de milliers de longueurs d'onde de diamètre par rapport aux centaines dans les travaux précédents, et cela ouvre de nouvelles classes d'applications pour la découverte informatique", "dit Steven G.Professeur Johnson de mathématiques et de physique appliqués au MIT et auteur de co-correspondant du journal.
Sur la base de la nouvelle approche, l'équipe de recherche conçoit et fabrique une méta-oeil à l'échelle de la polarisation à l'échelle des centimètres pour une plate-forme de réalité virtuelle (VR).
"Notre plate-forme VR présentée est basée sur une méta-oeil et un micro-LCD laser à éclats arrière, qui offre de nombreuses fonctionnalités souhaitables, notamment la compacité, le léger poids, la haute résolution, la gamme de couleurs larges, et plus encore", a déclaré Li."Nous croyons que la métasurface, une forme d'optique plate, ouvre un nouveau chemin pour remodeler l'avenir de la réalité virtuelle."
La recherche est co-écrite par Joon-Suh Park et Yao-Wei Huang.Il a été soutenu en partie par la Defense Advanced Research Projects Agency (Grant no.HR00111810001) et AFOSR (subvention no.FA9550-21-1-0312).Ce travail a été effectué en partie au Center for Nanoscale System (CNS), membre de l'infrastructure coordonnée nationale (NNCI), qui est soutenue par la National Science Foundation sous NSF Award no.1541959
