Manipulace se světlem je klíčová pro řadu technologických aplikací, od rozšířené reality po pokročilou fotografii, a její význam ve studiích, které dokonce zpochybňují přesvědčení o tom, co náš mozek interpretuje, je všudypřítomný. Optika se však potýká s historickým omezením.
Tato překážka spočívá ve vnitřním vztahu mezi vlnovou délkou a úhlem světla, zejména v periodických strukturách. Tato vazba znamená, že nastavení směru světla mění jeho filtrovanou vlnovou délku, což omezuje flexibilitu zařízení. To je důležité zejména v technologiích, jako jsou displeje pro rozšířenou realitu, kde může chromatické zkreslení ovlivnit kvalitu obrazu, nebo ve spektrálních detektorech, kde je rozhodující přesnost.
Tato vazba, která je považována za nevyhnutelnou a představuje velkou výzvu, ovlivňuje technologie, které vyžadují samostatné ladění. Projevuje se problémy, jako je chromatické zkreslení u displejů rozšířené reality nebo snížená přesnost u spektrálních detektorů.
Zpochybnění pravidel světla pomocí nových metasítí
Vědci ze Sun Yat-sen University a Fudan University pod vedením profesorů Jian-Wen Donga a Lei Zhoua našli klíč k překonání tohoto zásadního omezení, jak uvádí časopis Scitech Daily. Jejich studie poukazuje na směrovost záření.
Související článek
Teoretickou analýzou zjistili, že prostorová inverzní symetrie a vysoce směrové vyzařování optických módů jsou základními podmínkami pro oddělení úhlu a vlnové délky. Tato novinka umožňuje přesnější řízení světla, což by mohlo znamenat revoluci v navrhování optických zařízení.
Na základě toho zavedli boční posun ve dvouvrstvých mřížkách. Tato konstrukce zachovává prostorovou inverzní symetrii, ale porušuje vertikální symetrii, čímž dosahuje přesného úhlového řízení záření. Mřížky jsou umělé struktury, které manipulují s elektromagnetickými vlnami způsobem, který není možný u přírodních materiálů.
Navrhli obecné konstrukce pro dosažení prostorové selektivity při libovolných úhlech a vlnových délkách, čímž otevřeli nové cesty pro vývoj optiky. To by mohlo umožnit vývoj pokročilejších technologií v oblastech, jako je optická komunikace a kvantová výpočetní technika.
Složitý výrobní proces a budoucí praktické aplikace
Výroba těchto dvouvrstvých mřížek byla značnou výzvou, protože vyžadovala extrémní rovinnost a přesné zarovnání mezi ultratenkými vrstvami, což vyžadovalo velmi sofistikované nanofabrikační techniky. Nanofabrikace je proces vytváření struktur v nanorozměrech, které jsou nezbytné pro vytváření pokročilých elektronických zařízení.
K překonání tohoto problému vyvinuli inovativní metodu s několika kroky leptání a nanášení. Tento přístup v kombinaci s vysoce přesnou technikou umožnil získat kvalitní, téměř infračerveně pracující zařízení s přesností přibližně 10 nanometrů. Tato přesnost je klíčová pro zajištění správné funkce mřížek a jejich využití v praktických aplikacích.
S touto platformou prokázali vysokou odrazivost pouze při jednom úhlu a jedné vlnové délce. Směrovost záření potvrdili pomocí optické mikroskopie a měření příčné polarizace. Optická mikroskopie je technika, která využívá světlo k získání zvětšených obrazů malých objektů, zatímco příčná polarizace se týká orientace světelných vln.
Tým vyvinul vysoce přesné, milimetrové, dvouvrstvé metamřížky. Dosáhli vysoce kontrastního zobrazování se současnou prostorovou a spektrální selektivitou (v úhlu 0° a 1342 nanometrů), což otevírá možnosti pro kompaktní optické zobrazování a výpočetní techniku. Tyto inovace by mohly vést k významnému pokroku v technologiích, jako jsou kamery mobilních telefonů a zobrazovací systémy.
Vědci předpokládají, že tento výzkum nabízí řešení kontroly nezávislé na úhlu a vlnové délce a poskytuje nové perspektivy pro technologické aplikace, jako jsou displeje s rozšířenou nebo virtuální realitou, spektrální zobrazování a pokročilá výroba polovodičů. Tyto aplikace by mohly změnit způsob, jakým komunikujeme s technologiemi, a učinit zařízení efektivnějšími a přesnějšími.