Gefaltete“ optische Vorrichtungen manipulieren das Licht auf eine neue Art und Weise.

Die nächste Generation elektronischer Geräte, die von persönlichen Gesundheitsmonitoren und Augmented-Reality-Headsets bis hin zu empfindlichen wissenschaftlichen Instrumenten reicht, die nur in einem Labor zu finden wären, wird wahrscheinlich Komponenten enthalten, die Meta-Oberflächenoptik verwenden, so Andrei Faraon, Professor für Angewandte Physik in der Caltech-Abteilung für Technik und Angewandte Wissenschaften. Die Metasurface-Optik manipuliert das Licht ähnlich wie eine Linse, die es biegen, fokussieren oder reflektieren könnte – aber auf fein kontrollierbare Weise unter Verwendung sorgfältig entworfener mikroskopischer Strukturen auf einer ansonsten ebenen Oberfläche. Das macht sie sowohl kompakt als auch fein abstimmbar, attraktive Eigenschaften für elektronische Geräte. Allerdings müssen die Ingenieure mehrere Herausforderungen meistern, um sie zu verbreiten.

Die meisten optischen Systeme benötigen mehr als eine einzige Meta-Oberfläche, um ordnungsgemäß zu funktionieren. In metasurface-basierten optischen Systemen ist der größte Teil des Gesamtvolumens im Inneren des Geräts nur ein freier Raum, durch den sich Licht zwischen verschiedenen Elementen ausbreitet. Der Bedarf an diesem Freiraum macht es schwierig, das gesamte Gerät zu verkleinern, während die Integration und Ausrichtung mehrerer Meta-Oberflächen in einem einzigen Gerät kompliziert und teuer sein kann.

Um diese Einschränkung zu überwinden, hat die Faraon-Gruppe eine Technologie namens „gefaltete Meta-Optik“ eingeführt, die eine Möglichkeit darstellt, mehrere Arten von Meta-Oberflächen auf beide Seiten eines Substrats zu drucken, wie beispielsweise Glas. Auf diese Weise wird das Substrat selbst zum Ausbreitungsraum für das Licht. Als Proof of Concept nutzte das Team die Technik, um ein Spektrometer zu bauen, das ein wissenschaftliches Instrument ist, um Licht in verschiedene Farben oder Wellenlängen aufzuteilen und die entsprechenden Intensitäten zu messen. (Spektrometer werden in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, z.B. in der Astronomie, um die chemische Zusammensetzung von Sternen anhand des von ihnen emittierten Lichts zu bestimmen.) Das von Faraons Team gebaute Spektrometer ist 1 Millimeter dick und besteht aus drei nebeneinander angeordneten reflektierenden Meta-Oberflächen, die das Licht aufteilen und reflektieren und es schließlich auf eine Detektoranordnung fokussieren. Das Design wird in einem Papier beschrieben, das von Nature Communications am 10. Oktober veröffentlicht wurde.

Ein kompaktes Spektrometer wie das von Faraons Gruppe entwickelte hat eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten, unter anderem als nicht-invasives Blutzuckermesssystem, das für Diabetespatienten von unschätzbarem Wert sein könnte. Die Plattform verwendet mehrere Meta-Oberflächenelemente, die in einem einzigen Schritt hergestellt werden, so dass sie im Allgemeinen einen möglichen Weg zu komplexen, aber kostengünstigen optischen Systemen bietet.

Das Papier trägt den Titel „Kompaktes gefaltetes Meta-Oberflächen-Spektrometer“.

Mehr Informationen:
MohammadSadegh Faraji-Dana et al. Kompaktes gefaltetes Metasurfacespektrometer, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-06495-5

Teilen Ist Liebe! ❤

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

shares