De volgende generatie elektronische apparaten, variërend van persoonlijke gezondheidsmonitoren en augmented reality-headsets tot gevoelige wetenschappelijke instrumenten die alleen in een laboratorium te vinden zijn, zal waarschijnlijk componenten bevatten die metasurface-optica gebruiken, volgens Andrei Faraon, hoogleraar toegepaste natuurkunde aan de afdeling Engineering and Applied Science van Caltech. Metasurface-optieken manipuleren licht op dezelfde manier als een lens:buigen, focussen, of het weerkaatsen, maar doe dit op een nauwkeurig beheersbare manier met behulp van zorgvuldig ontworpen microscopische structuren op een verder vlak oppervlak. Dat maakt ze zowel compact als fijn afstembaar, aantrekkelijke eigenschappen voor elektronische apparaten. Echter, ingenieurs zullen verschillende uitdagingen moeten overwinnen om ze wijdverbreid te maken.

De meeste optische systemen hebben meer dan één meta-oppervlak nodig om goed te kunnen functioneren. In metasurface-gebaseerde optische systemen, het grootste deel van het totale volume in het apparaat is gewoon vrije ruimte waardoor licht zich tussen verschillende elementen voortplant. De behoefte aan deze vrije ruimte maakt het algehele apparaat moeilijk te verkleinen, terwijl het integreren en uitlijnen van meerdere meta-oppervlakken in een enkel apparaat gecompliceerd en duur kan zijn.

Om deze beperking te overwinnen, de Faraon-groep heeft een technologie geïntroduceerd genaamd "gevouwen metasurface optics, " wat een manier is om meerdere soorten meta-oppervlakken op beide zijden van een substraat te printen, zoals glas. Op deze manier, het substraat zelf wordt de voortplantingsruimte voor het licht. Als proof-of-concept, het team gebruikte de techniek om een ​​spectrometer te bouwen, wat een wetenschappelijk instrument is om licht in verschillende kleuren te splitsen, of golflengten, en het meten van hun overeenkomstige intensiteiten. (Spectrometers worden op verschillende gebieden gebruikt; in de astronomie worden ze gebruikt om de chemische samenstelling van sterren te bepalen op basis van het licht dat ze uitstralen.) De spectrometer gebouwd door het team van Faraon is 1 millimeter dik en bestaat uit drie reflecterende meta-oppervlakken die naast elkaar zijn geplaatst en die licht splitsen en reflecteren, en focus het uiteindelijk op een detectorarray. Het ontwerp wordt beschreven in een paper gepubliceerd door Natuurcommunicatie op 10 oktober.

Een compacte spectrometer zoals die ontwikkeld door de groep van Faraon heeft een verscheidenheid aan toepassingen, inclusief als een niet-invasief bloedglucosemeetsysteem dat van onschatbare waarde zou kunnen zijn voor diabetespatiënten. Het platform maakt gebruik van meerdere metasurface-elementen die in één stap worden gefabriceerd, dus, in het algemeen, het biedt een potentieel pad naar complexe maar goedkope optische systemen.

Het papier is getiteld "Compacte gevouwen metasurface spectrometer."