Foldede optiske enheder manipulerer lys på en ny måde

Den næste generation af elektroniske enheder, lige fra personlige sundhedsmonitorer og augmented reality -headset til følsomme videnskabelige instrumenter, der kun findes i et laboratorium, sandsynligvis vil inkorporere komponenter, der bruger metasurface optik, ifølge Andrei Faraon, professor i anvendt fysik i Caltechs afdeling for teknik og anvendt videnskab. Metasurface optik manipulerer lys på samme måde som en linse kan - bøjning, fokusering, eller afspejler det - men gør det på en fin kontrollerbar måde ved hjælp af omhyggeligt designet mikroskopiske strukturer på en ellers flad overflade. Det gør dem både kompakte og finjusterbare, attraktive kvaliteter til elektroniske enheder. Imidlertid, ingeniører bliver nødt til at overvinde flere udfordringer for at gøre dem udbredt.

De fleste optiske systemer kræver mere end en enkelt metaoverflade for at fungere korrekt. I metasurface-baserede optiske systemer, det meste af den samlede volumen inde i enheden er bare ledig plads, hvorigennem lys formerer sig mellem forskellige elementer. Behovet for denne ledige plads gør den overordnede enhed vanskelig at nedskalere, mens det kan være kompliceret og dyrt at integrere og tilpasse flere metasurfaces til en enkelt enhed.

For at overvinde denne begrænsning, Faraon -gruppen har introduceret en teknologi kaldet "foldet metasurface -optik, "som er en måde at udskrive flere typer metaoverflader på hver side af et substrat, som glas. På denne måde, selve substratet bliver formeringsrummet for lyset. Som et bevis på konceptet, holdet brugte teknikken til at bygge et spektrometer, som er et videnskabeligt instrument til opdeling af lys i forskellige farver, eller bølgelængder, og måling af deres tilsvarende intensiteter. (Spektrometre bruges på en række forskellige områder; f.eks. i astronomi bruges de til at bestemme den kemiske sammensætning af stjerner baseret på det lys, de udsender.) Spektrometeret bygget af Faraons team er 1 millimeter tykt og består af tre reflekterende metaoverflader placeret ved siden af ​​hinanden, der deler og reflekterer lys, og i sidste ende fokusere det på et detektorarray. Designet er beskrevet i et papir udgivet af Naturkommunikation den 10. oktober.

Et kompakt spektrometer som det, der er udviklet af Faraons gruppe, har forskellige anvendelsesmuligheder, herunder som et ikke-invasivt blodglukosesystem, der kan være uvurderligt for diabetespatienter. Platformen bruger flere metasurface -elementer, der er fremstillet i et enkelt trin, så, generelt, det giver en potentiel vej mod komplekse, men billige optiske systemer.

Papiret har titlen "Kompakt foldet metasurface spektrometer."