Ny metasurface-baseret enhed skaber forskellige billeder afhængigt af lys- og miljøforhold

Forskere har udviklet en ny metasurface-baseret enhed, der kan producere flere forskellige holografiske billeder afhængigt af det omgivende medium og bølgelængden af ​​det anvendte lys. Evnen til at gemme information, der kun kan hentes med det rigtige sæt nøgler – såsom en vis lysbølgelængde kombineret med våde forhold – kunne videreudvikles til at designe enkle, men effektive krypteringsenheder.

"Vores nye metasurfaces giver en umiddelbar og enkel aflæsning af miljøet, der omgiver enhedens overflade," sagde leder af forskningsteamet Andrea Di Falco fra University of St. Andrews i Storbritannien. "Ud over krypteringsapplikationer kan dette bruges som en fugtighedssensor eller som en del af mere komplekse lysbaserede biomedicinske systemer."

I Optics Express , demonstrerer forskerne en enhed, der afslører en holografisk sommerfugl med 705 nm lys under tørre forhold og en larve, når 750 nm lys kombineres med våde forhold. Når 660 nm lys bruges under tørre forhold, er begge billeder synlige. Metaoverfladernes selektive respons kan skræddersyes til at arbejde med forskellige forudprogrammerede forhold.

"Vores holografiske enheder bidrager til den verdensomspændende indsats for at udvikle fysikken og anvendelserne af fotoniske metaoverflader, som er et af de mest alsidige fotoniske værktøjer, der er tilgængelige for forskere til at kode og manipulere information ved hjælp af lys," sagde Di Falco.

Multifunktionelle metasurfacer

Det nye arbejde er en del af Di Falco-teamets igangværende indsats for at udvikle fotoniske metaoverflader, der opererer i det synlige område og kan bruges til biomedicinske applikationer, som ofte involverer våde miljøer.

"Holografiske metasurfaces er særligt interessante, fordi de kan bruges til at levere kompleks information ved at producere billeder, der umiddelbart kan fortolkes uden behov for yderligere lag," sagde Di Falco. "Vi er specielt interesserede i at integrere forskellige fotoniske funktionaliteter i én enhed."

Holografiske metaoverflader kan skabe detaljerede billeder, der afhænger af egenskaberne af det lys, de reflekterer eller transmitterer. For at skabe holografiske metaoverflader, der koder for mere end ét billede, brugte forskerne to typer metaatomer, der fungerer som pixels. Den ene type meta-atom reflekterer kun lys af en bestemt bølgelængde under tørre forhold, mens den anden kun har høj reflektivitet, når en anden bølgelængde bruges under våde forhold.

"Vi designede en relativt simpel resonansmeta-atomgeometri, der forbedrer den holografiske metaoverflades reaktion på miljøforholdene," sagde Di Falco. "Dette er en effektiv måde at bruge brydningsindekset for det omgivende medium som en ekstra grad af frihed, der muliggør multipleksing af information kodet i metasfladen."

Demonstrer forskellige billeder

Forskerne vurderede reaktionen af ​​de holografiske metasurfaces ved kvantitativt at måle deres effektivitet for forskellige bølgelængder i luft og i vand. Metaoverfladerne producerede meget god kontrast mellem billederne, med lidt krydstale. Med andre ord var der kun ét billede synligt for hvert sæt parametre, hvilket demonstrerede to-lags informationskodning.

Dernæst planlægger forskerne at øge meta-atomernes selektivitet for at skabe metaoverflader, der skelner mellem forskellige medier, der har meget ens optiske egenskaber. Dette kunne bruges til at skabe holografiske sensorer, der producerer forskellige billeder, når de udsættes for forskellige koncentrationer af et bestemt stof. + Udforsk yderligere

Metasurfaces styrer polariseret lys efter ønske