Optische apparaten zijn van cruciaal belang in diverse militaire en civiele toepassingen, terwijl traditionele optische apparaten omvangrijk en zwaar zijn omdat ze afhankelijk zijn van de faseaccumulatie op een lang optisch pad. In een artikel gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , Prof. Xigang Luo van de Chinese Academie van Wetenschappen en collega's hebben nu aangetoond dat ultradunne en lichtgewicht optische apparaten kunnen worden geconstrueerd met behulp van bovenleidingen met nanostructuren, die typisch werden gebruikt in de architectuur om ongelooflijke bruggen en bogen te bouwen.

De bovenleiding is de kromming die een vrijhangende ketting onder zijn eigen gewicht aanneemt. Het is een "echte wiskundige en mechanische vorm" in de architectuur, beschreven door Robert Hooke in de jaren 1670. De bovenleiding wordt in veel omstandigheden aangetroffen. Bijvoorbeeld, de zijde op een spinnenweb vormt meerdere elastische bovenleidingen. De onderzoekers gebruiken nu optische kettingvormige structuren om circulair gepolariseerd licht om te zetten in een spiraalvormig gefaseerde bundel met een geometrisch lineair faseprofiel. Net als bij de "bovenleiding van gelijke sterkte, " de fasegradiënt van de optische bovenleiding is overal gelijk, wat een direct gevolg is van zijn bijzondere geometrische vorm. De bovenleiding heeft toepassingen in de optica, architectuur, en vele andere disciplines. "Het is een direct resultaat dat we nieuwe optische apparaten kunnen bouwen die sterk lijken op de structuren die in de natuurlijke wereld voorkomen, " zegt prof. Luo.

Veel eerdere methoden gebruiken discrete nanostructuren om ruimtevariante faseverdeling te genereren. De discrete structuren leiden tot sterke resonantie, waardoor de operationele bandbreedte van deze monsters beperkt is. De groep van prof. Luo gebruikt daarom de continue bovenleidingstructuren om een ​​veel bredere bandbreedte te verkrijgen. Ze toonden aan dat breedband orbitaal impulsmoment (OAM) kan worden bereikt door de bovenleiding te gebruiken. De operationele bandbreedte van de apparaten zou het volledige elektromagnetische spectrum kunnen bestrijken, inclusief microgolven. terahertz, infrarood, en het zichtbare regime.

De bovenleidingen kunnen worden gebruikt als een unieke bouwsteen voor optische meta-oppervlakken, die worden beschouwd als de sleutel tot geïntegreerde optische systemen van de volgende generatie. Volgens de meta-oppervlak ondersteunde wet van reflectie en breking, veel nieuwe optische elementen, zoals platte lenzen, axicons, en prisma's, kunnen worden verkregen met prestaties die veel verder gaan dan hun traditionele tegenhangers.