Rewolucja w optyce: nowe metapowierzchnie zastępują konwencjonalne soczewki!

Rewolucja w optyce: nowe metapowierzchnie zastępują konwencjonalne soczewki!

Naukowcy z Instytutu Technologii w Karlsruhe (KIT) zaprezentowali na targach Hannover Messe 2025 przełomowy komponent optyczny, który może zrewolucjonizować kontrolę światła. Nowy system przezwycięża ograniczenia tradycyjnych zakrzywionych soczewek, które często są nieporęczne i zapewniają ograniczoną kontrolę nad falami świetlnymi. Ta innowacja łączy wydajność ze smukłą konstrukcją, co czyni ją obiecującym elementem do wielu zastosowań.

W przeciwieństwie do tradycyjnych soczewek, które mają geometrię makroskopową, nowo opracowane metapowierzchnie składają się z drobnych elementów strukturalnych zwanych metaatomami, które wpływają na światło w skalach podfalowych. Zdaniem naukowców te metapowierzchnie umożliwiają precyzyjną kontrolę nad fazą, amplitudą i polaryzacją światła. Pojedyncza metapowierzchnia może zastąpić kilka elementów optycznych, a tym samym zmniejszyć całkowity rozmiar układu optycznego.

Różnorodne zastosowania

Wybitnym przykładem postępu w tej dziedzinie jest opracowana w KIT ​​optyczna metagracja dyfrakcyjna, która charakteryzuje się czterokrotnie wyższą wydajnością w porównaniu z konwencjonalnymi siatkami dyfrakcyjnymi. Siatki takie mają kluczowe znaczenie w zastosowaniach w spektroskopii, telekomunikacji i systemach laserowych. Lepsza kontrola nad światłem w trudnych warunkach może otworzyć nowe możliwości w zastosowaniach badawczych i przemysłowych.

Grupa badawcza zidentyfikowała już wiele potencjalnych zastosowań, w tym kamery, czujniki, wyświetlacze rzeczywistości rozszerzonej, obrazowanie medyczne oraz robotykę i jazdę autonomiczną. Technologie te obiecują nie tylko poprawę wydajności, ale także znaczne zmniejszenie rozmiaru systemu i wzrost wydajności.

Postęp w produkcji na dużą skalę

Metapowierzchnie są wytwarzane przy użyciu zaawansowanych technologii litografii i trawienia stosowanych w przemyśle półprzewodników, co umożliwia skalowalną produkcję tych innowacyjnych komponentów. Dr Falk Eilenberger, kierujący wydziałem optyki mikro- i nanostrukturalnej w Instytucie Optyki Stosowanej i Inżynierii Precyzyjnej im. Fraunhofera IOF, podkreśla, że ​​konieczne jest myślenie wykraczające poza tradycyjne soczewki i lustra. Metapowierzchnie skupiają swoją funkcję optyczną na powierzchni poprzez nanostruktury.

Co ciekawe, badacze z Fraunhofer IOF opracowali metapowierzchnię o średnicy 30 centymetrów, która nadaje się do zastosowań przemysłowych. Eilenberger podkreśla, że ​​choć nie są oni wynalazcami metapowierzchni, to jako pierwsi z powodzeniem zademonstrowali tę technologię na tak dużą skalę.

Zmiany te wyraźnie pokazują potencjał metapowierzchni w kształtowaniu przyszłości optyki i fundamentalnej zmianie sposobu, w jaki wykorzystujemy światło. Więcej informacji można znaleźć pod adresem ZESTAW jak i dalej Fraunhofera IOF.