Onderzoekers hebben elektromechanisch herconfigureerbare ultradunne optische elementen ontworpen die pixel-voor-pixel kunnen worden bestuurd en geprogrammeerd. Deze veelzijdige meta-oppervlakken kunnen een nieuwe, op chips gebaseerde manier bieden om licht op nanoschaal te regelen, wat zou kunnen leiden tot betere optische weergaven, informatiecodering en digitale lichtverwerking.

"Metasurfaces zijn ultradunne en compacte optische elementen die kunnen worden gebruikt om de amplitude te manipuleren, fase en polarisatie van licht, ", zei onderzoeksteamleider Jiafang Li van het Beijing Institute of Technology in China. "Hoewel de meeste meta-oppervlakken statisch en passief zijn, we hebben meta-oppervlakken gemaakt die mechanisch vervormen als reactie op elektrostatische krachten."

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optica Express , de onderzoekers beschrijven hoe ze de nieuwe meta-oppervlakken hebben gemaakt met behulp van nanoschaaltechnieken geïnspireerd door kirigami, een variatie op origami die zowel knippen als vouwen omvat. Hierdoor konden ze tiny eenheden die transformeren van 2D-ontwerpen naar 3D-structuren wanneer een spanning wordt toegepast.

"We waren in staat om een ​​dynamisch holografisch scherm te creëren met behulp van ons herconfigureerbare meta-oppervlak, " zei Li. "Deze optische elementen kunnen leiden tot nieuwe soorten apparaten met optische multitasking en herschrijfbare functionaliteiten. Ze kunnen ook worden gebruikt in realtime 3D-schermen en projectoren met hoge resolutie, bijvoorbeeld."

Spiraalpatronen die transformeren van 2D naar 3D

Om de nieuwe meta-oppervlakken te maken, de onderzoekers ontwierpen een herhalend 2D-patroon van twee gecombineerde spiralen die in een gouden nanofilm zijn geëtst en boven siliciumdioxidepilaren worden opgehangen. De units zijn gerangschikt in een vierkant rooster met slechts twee micron ruimte tussen elk. Wanneer er een spanning wordt aangelegd, de spiralen vervormen door elektrostatische krachten. Deze transformatie, die omkeerbaar en herhaalbaar is, kan worden gebruikt om de optische eigenschappen van het meta-oppervlak dynamisch te moduleren.

De onderzoekers gebruikten hun nieuwe aanpak om twee soorten meta-oppervlakken te maken om licht pixel voor pixel te regelen. Eén meta-oppervlak gebruikte dezelfde spanning om elke eenheid te vervormen, maar bevatte spiralen met structurele patronen die varieerden om verschillende vervormingshoogten te creëren. Het tweede meta-oppervlak gebruikte verschillende spanningen die op elke eenheid werden toegepast om verschillende vervormingshoogten te bereiken voor eenheden met identieke structurele patronen.

Als proof-of-concept demonstratie, de onderzoekers gebruikten deze meta-oppervlakken om straalcontrole te demonstreren en om een ​​holografische weergave te maken. "We waren in staat om beelden van het meta-oppervlak te reconstrueren door alleen de spanningsbias te beheersen, het bewijzen van de haalbaarheid van ons schema voor effectieve lichtmodulatie, " zei Li.

De onderzoekers zijn van plan om strategieën te onderzoeken die kunnen worden gebruikt om gepixelde spanningsregeling te bereiken, zoals de meerregelige adresseringsmethode die wordt gebruikt om meerdere rijen tegelijk aan te sturen in commerciële OLED-schermen. Om de technologie praktischer te maken, ze werken ook aan het verbeteren van de signaal-ruisverhouding en de modulatiekwaliteit van het herconfiguratiesysteem.