Infrapunavallankumous: RWTH Aachen esittelee uraauurtavaa tekniikkaa!

Infrapunavallankumous: RWTH Aachen esittelee uraauurtavaa tekniikkaa!

Professori Thomas Taubnerin johtama RWTH Aachen -tutkimusryhmä julkisti 13. toukokuuta 2025 uraauurtavan menetelmän optisten infrapunakomponenttien valmistamiseksi. Tämä kehitys, joka on luotu yhteistyössä Fraunhofer Institutes for Production Technology (IPT) ja Laser Technology (ILT) kanssa, valaisee uutta valoa infrapunaoptiikan saatavuuteen ja toimivuuteen.

Infrapunavalo pysyy ihmissilmälle näkymätön, mutta sillä on ratkaiseva rooli monilla alueilla, kuten materiaalinkäsittelyssä, LIDAR-tekniikassa ja lämpökuvauskameroissa. Perinteisesti tähän tarvittava optiikka on kallista ja vaikea saada, koska se on valmistettava pieninä sarjoina. Tämän uuden tekniikan avulla tämä voi muuttua nopeasti.

Innovatiiviset materiaalit ja tekniikat

Innovatiivinen menetelmä perustuu metapintojen käyttöön yhdessä faasinmuutosmateriaalin indiumantimoniditelluridin (In3SbTe2) kanssa. Tällä materiaalilla on kyky vaihtaa dielektrisen amorfisen ja metallisen kiteisen faasin välillä kohdistetulla lasersäteilyllä. Nämä ominaisuudet mahdollistavat mikronikokoisten metallisten nanoantennien optisen ohjelmoinnin luomaan räätälöityjä optisia komponentteja tiettyihin sovelluksiin.

Kehitykset perustuvat Andreas Heßlerin väitöskirjaan, joka on myös kirjoitettu RWTH Aachenin professori Taubnerin ja Matthias Wuttigin ohjauksessa. Heßler kehitti konsepteja infrapunafaasinmuutosmateriaalin metapintojen paikalliseen optiseen ohjelmointiin. Nämä metapinnat koostuvat jaksoittain järjestetyistä antenneista, jotka tunnetaan myös metaatomeina, ja ne ovat lupaavia kompaktin ja monikäyttöisen optiikan valmistukseen.

Toiminnot ja sovellukset

Tämän tekniikan keskeinen innovaatio on ohjelmoitavuus. Tämä mahdollistaa jokaisen yksittäisen metaatomin valon amplitudin ja vaiheen laajan manipuloinnin. Tutkimus on jo osoittanut kokeellisesti, että antenniresonansseja voidaan siirtää, mikä avaa uusia mahdollisuuksia tietoliikenteeseen, lämpökuvaukseen ja lääketieteelliseen diagnostiikkaan.

Tämän tekniikan mahdollisia sovelluksia ovat erittäin tehokkaat, erittäin kompaktit ja aktiiviset optiset elementit, mukaan lukien säädettävät linssit, dynaamiset hologrammit ja spatiaaliset valomodulaattorit. Tämän tutkimuksen tulokset eivät ole vain virstanpylväs optiikassa, vaan voivat myös luoda pohjan uusille markkinoille infrapuna-optisten komponenttien alalla.

Metamateriaalien, erityisesti faasimuutosmateriaaleista koostuvien tutkimus- ja kehitystyö on nykytrendien mukaista. Muokattavat ja vaihdettavat toiminnot metaatomitasolla avaavat uusia vapausasteita aktiivisten fotonikomponenttien suunnittelussa. Nämä edistysaskeleet eivät ole luonteeltaan vain teoreettisia, vaan niitä tukevat numeeriset menetelmät hybridifaasimuutosmetamateriaalien tutkimiseksi uusien välineiden kehittämiseksi optiselle ja infrapunaspektrialueelle.

RWTH Aachenin ja Fraunhofer Institutesin yhteistyö kuvaa Photonics Clusterin roolia innovaatiopaikkana. Nämä lähestymistavat voivat paitsi vahvistaa asianomaisten laitosten taloudellista tilannetta, myös edistää teknologista kehitystä Saksassa.