Metasurfaces: kleine technologie met groot potentieel

Stel je voor dat je licht kunt manipuleren met ultradunne, platte platen in plaats van omvangrijke lenzen en spiegels. Dat is de belofte van metasurfaces, een nanostructuurtechnologie die licht kan verdraaien en buigen op manieren die nooit eerder mogelijk waren.

Metasurfaces zijn kunstmatig ontworpen oppervlakken die bestaan ​​uit nauwkeurig ontworpen nanostructuren, elk kleiner dan de golflengte van licht. Door de geometrie en rangschikking van deze kleine structuren te controleren, kunnen wetenschappers metasurfaces creëren die de amplitude, fase en polarisatie van lichtgolven op de tweedimensionale interface nauwkeurig controleren.

Deze ongekende controle over de eigenschappen van licht opent de deur voor een breed scala aan potentiële toepassingen die voorheen niet haalbaar waren met conventionele optica.

In een nieuw overzichtsartikel gepubliceerd in Licht: Geavanceerde productieonderzoekers uit China bespreken de nanofabricatietechnieken die compatibel zijn met de productie van meta-apparaten, waaronder maskerloze en gemaskeerde lithografie. Ze onderzoeken de beperkingen van huidige fabricagemethoden en bieden oplossingen om deze uitdagingen voor geavanceerde nanofotonische toepassingen te overwinnen.

Traditionele optische componenten, zoals lenzen en prisma’s, gebruiken omvangrijke structuren en precieze krommingen om licht te manipuleren. Aan de andere kant bereiken metasurfaces vergelijkbare optische prestaties binnen een fractie van de grootte en complexiteit. Ze bieden een plat, ultradun, lichtgewicht alternatief, wat de weg vrijmaakt voor compactere en geïntegreerde apparaten.

De mogelijke toepassingen van metassurfaces bestrijken een breed scala aan gebieden, waaronder bundelsturing en -focussering, holografie en 3D-beeldvorming, polarisatiecontrole en -analyse, het genereren van exotische lichtbundels, biomedische beeldvorming en -detectie en optische camouflage.

Hoewel metasurfaces een enorm potentieel bieden, blijven er uitdagingen bestaan ​​in hun fabricage en integratie. Ze op grote schaal produceren met hoge precisie en lage kosten is een horde die nog moet worden genomen. Bovendien vereist het volledig realiseren van hun miniaturisatiepotentieel dat de afhankelijkheid van omvangrijke componenten in huidige metasurface-apparaten wordt aangepakt.

Onderzoekers over de hele wereld pakken deze uitdagingen actief aan en verkennen innovatieve nanofabricatietechnieken en integratiestrategieën. De toekomst van metasurfaces belooft een wereld waarin licht wordt benut en gemanipuleerd met ongekende controle, wat leidt tot transformatieve vooruitgang in optica, communicatie, sensing, imaging en meer.