Nanostrukturerede tynde film, der kan bøje lys i store vinkler, kan være en erstatning for omfangsrige optiske komponenter i glas

Overflader, der effektivt omdirigerer lysets udbredelse, er blevet udviklet af A*STAR-forskere. Ramón Paniagua-Domínguez, arbejder med kolleger fra A*STAR Data Storage Institute og Nanyang Technological University, har opfundet kompakte og lette optiske komponenter, der kunne integreres i bærbare optoelektroniske enheder.

Traditionelle glasoptiske komponenter ændrer lysets formering gennem refleksion og brydning. De har tendens til at være tredimensionelle:en linse, for eksempel, kræver en buet overflade, der fokuserer lyset til et punkt. Men disse voluminøse elementer tilføjer vægt, til mobiltelefonkameraer for eksempel.

Et fladere alternativ findes i metasurfaces, som består af en række strukturer, hver mindre end lysets bølgelængde, konstrueret til at ændre egenskaberne ved indfaldende lys. Når en optisk stråle rammer denne overflade, det spreder subbølgelængdeelementerne, danner en udgangsstråle med valgte egenskaber. Dette kan, for eksempel, bruges til at bøje den indkommende stråle i en ny retning. Imidlertid, effektiviteten, hvormed lyset omfordeles i den rigtige retning, falder kraftigt for stigende vinkler, gør det svært at bøje lys i meget store vinkler.

Paniagua-Domínguez og teamet opnår effektiv optisk kanalisering i enhver ønsket vinkel ved hjælp af en metasurface bestående af en række asymmetriske nanoantenner. Ligesom normale antenner, de ændrer spredningsdirektivitetsmønstrene ved at undertrykke eller forstærke emission i forskellige vinkler. "Vores nye tilgang går ud over standarddesignet, som er at bruge fasekortlægning, " forklarer Paniagua-Domínguez. "Vi forudser, at disse metaoverflader kan udkonkurrere traditionel bulkoptik, ikke kun med hensyn til effektivitet, men også funktionalitet. "

Forskerne demonstrerede dette koncept eksperimentelt ved at ætse deres nanoantenna array -design i en tynd film af titandioxid på et glassubstrat. Et design, de undersøgte, havde en struktur, der løst lignede en fisk, med en ring, der omgiver det ene toppunkt i en trekant. Fiskenes dimensioner var alle under 300 nanometer, meget mindre end bølgelængden af ​​det indfaldende lys. Med denne nye tilgang var de i stand til at bøje mere end 50 procent af energien fra en indkommende stråle af grønt lys i en vinkel på op til 73 grader. I øvrigt, og i modsætning til tidligere tilgange, denne struktur demonstrerede bredbåndsdrift, effektivt bøjer lys over bølgelængder i de grønne og blå dele af spektret.

"Baseret på dette koncept, vi arbejder nu hen imod en flad linse med en ekstremt stor numerisk blænde, " siger Paniagua-Domínguez. "Det vil sige, en linse, der kan fokusere lys til en meget lille plet eller løse meget små objekter eller funktioner."