Расширенное управление светом: лазерный луч попадает на метарешётку, которая направляет световые волны даже при больших углах падения, что открывает новые возможности для оптических приложений. Фото: Марина Леонидовна Мерецкая
Обычные изогнутые линзы, которые направляют свет за счёт преломления в стекле или пластике, часто бывают громоздкими и тяжёлыми и обеспечивают лишь ограниченный контроль над световыми волнами. Метаповерхности, напротив, плоские и состоят из множества крошечных структур, известных как метаатомы. Метаатомы воздействуют на свет на субволновом уровне и, таким образом, позволяют очень точно контролировать фазу, амплитуду и поляризацию света.
«Используя метаповерхности, мы можем целенаправленно влиять на временной сдвиг, интенсивность и направление колебаний световых волн», — говорит доктор Марина Леонидовна Мерецкая, руководитель группы в Институте нанотехнологий KIT.
«Благодаря возможностям мультиплексного управления, то есть одновременному и целенаправленному воздействию на различные параметры, одна метаповерхность может заменить несколько оптических компонентов. Таким образом, размер оптической системы можно уменьшить без ущерба для её производительности».
Производство также станет проще: «Метаповерхности можно производить с помощью передовых технологий литографии и травления из полупроводниковой промышленности, что делает возможным масштабируемое производство», — говорит Мерецка.
Мета-решетка с четырехкратным повышением эффективности
На выставке Hannover Messe, которая начинается в понедельник, 31 марта, Мерецкая и её команда представят оптическую дифракционную метарешётку, изготовленную с помощью специального производственного оборудования KIT. Дифракционные решётки — это важные оптические компоненты, которые можно использовать в различных отраслях промышленности, таких как спектроскопия, телекоммуникации и лазерные системы.
Обычно эффективность дифракционных решёток резко снижается при увеличении угла падения света. Метарешётка, разработанная в KIT, в четыре раза эффективнее обычных систем.
«Наша метагравировка обеспечивает беспрецедентный контроль света в сложных условиях. Это значительный шаг вперёд для будущих применений, требующих точного контроля света», — говорит Мерецка. Поскольку функциональность была доказана на прототипе, исследовательская группа в настоящее время разрабатывает целевые оптические решения для различных отраслей промышленности.
Широкий спектр применения
Плоская структура метаоптических компонентов делает их особенно подходящими для камер, датчиков и дисплеев дополненной реальности, поскольку они обеспечивают улучшенную функциональность и уменьшают размер оптических систем.
Другие потенциальные области применения включают сортировку материалов и контроль качества, медицинскую визуализацию, микроскопию и солнечные батареи. Кроме того, робототехника и автономное вождение, которые опираются на распознавание объектов, могут значительно выиграть от технологических достижений метаоптики.