Onderzoekers hebben een nieuw apparaat ontwikkeld dat gebaseerd is op het meta-oppervlak en dat meerdere afzonderlijke holografische beelden kan produceren, afhankelijk van het omringende medium en de golflengte van het gebruikte licht. De mogelijkheid om informatie op te slaan die alleen kan worden opgehaald met de juiste set sleutels, zoals een bepaalde lichtgolflengte in combinatie met natte omstandigheden, zou verder kunnen worden ontwikkeld om eenvoudige maar effectieve versleutelingsapparatuur te ontwerpen.

"Onze nieuwe meta-oppervlakken geven een onmiddellijke en eenvoudige uitlezing van de omgeving rond het oppervlak van het apparaat", zegt onderzoeksteamleider Andrea Di Falco van de Universiteit van St. Andrews in het Verenigd Koninkrijk. "Naast versleutelingstoepassingen kan dit worden gebruikt als een vochtigheidssensor of als onderdeel van complexere op licht gebaseerde biomedische systemen."

In Optics Express , demonstreren de onderzoekers een apparaat dat een holografische vlinder onthult met 705 nm licht in droge omstandigheden en een rups wanneer 750 nm licht wordt gecombineerd met natte omstandigheden. Bij gebruik van 660 nm licht in droge omstandigheden zijn beide beelden zichtbaar. De selectieve respons van de meta-oppervlakken kan worden aangepast om te werken met verschillende voorgeprogrammeerde omstandigheden.

"Onze holografische apparaten dragen bij aan de wereldwijde inspanning om de fysica en toepassingen van fotonische meta-oppervlakken te ontwikkelen, die een van de meest veelzijdige fotonische hulpmiddelen zijn die beschikbaar zijn voor onderzoekers om informatie te coderen en te manipuleren met behulp van licht," zei Di Falco.

Multifunctionele meta-oppervlakken

Het nieuwe werk maakt deel uit van de voortdurende inspanningen van het Di Falco-team om fotonische meta-oppervlakken te ontwikkelen die in het zichtbare bereik werken en kunnen worden gebruikt voor biomedische toepassingen, waarbij vaak natte omgevingen betrokken zijn.

"Holografische meta-oppervlakken zijn bijzonder interessant omdat ze kunnen worden gebruikt om complexe informatie te leveren door beelden te produceren die onmiddellijk kunnen worden geïnterpreteerd, zonder dat er extra lagen nodig zijn", zegt Di Falco. "We zijn specifiek geïnteresseerd in het integreren van verschillende fotonische functionaliteiten in één apparaat."

Holografische meta-oppervlakken kunnen gedetailleerde afbeeldingen maken die afhankelijk zijn van de eigenschappen van het licht dat ze reflecteren of doorlaten. Om holografische meta-oppervlakken te maken die coderen voor meer dan één afbeelding, gebruikten de onderzoekers twee soorten meta-atomen, die zich gedragen als pixels. Het ene type meta-atoom reflecteert alleen licht van een specifieke golflengte in droge omstandigheden, terwijl het andere alleen een hoge reflectiviteit heeft wanneer een andere golflengte wordt gebruikt in natte omstandigheden.

"We hebben een relatief eenvoudige resonante metaatoomgeometrie ontworpen die de respons van het holografische meta-oppervlak op de omgevingscondities verbetert", zei Di Falco. "Dit is een effectieve manier om de brekingsindex van het omringende medium te gebruiken als een extra vrijheidsgraad die multiplexing van informatie die is gecodeerd in het meta-oppervlak mogelijk maakt."

Verschillende afbeeldingen laten zien

De onderzoekers beoordeelden de respons van de holografische meta-oppervlakken door hun efficiëntie kwantitatief te meten voor verschillende golflengten in lucht en in water. De meta-oppervlakken produceerden een zeer goed contrast tussen de afbeeldingen, met weinig overspraak. Met andere woorden, er was slechts één afbeelding zichtbaar voor elke set parameters, wat een tweeledige informatiecodering demonstreerde.

Vervolgens zijn de onderzoekers van plan om de selectiviteit van de meta-atomen te vergroten om meta-oppervlakken te creëren die onderscheid maken tussen verschillende media die zeer vergelijkbare optische eigenschappen hebben. Dit zou kunnen worden gebruikt om holografische sensoren te maken die verschillende beelden produceren bij blootstelling aan verschillende concentraties van een bepaalde stof. + Verder verkennen

Meta-oppervlakken regelen gepolariseerd licht naar believen