ENGINEERINGNET.BE - In het nieuwe onderzoeksgebied ‘flat optics’ worden optische elementen van 100 nanometer dik of minder geproduceerd, kleiner dan de golflengte van zichtbaar licht zelf.
Deze dunne optische elementen gebruiken de nanostructuur van de materialen waaruit ze bestaan om licht in bepaalde richtingen te sturen. Als de lenzen en andere optische elementen eenmaal gemaakt zijn, liggen hun eigenschappen en functionaliteiten definitief vast.
Dat levert een uitdaging op voor toekomstige toepassingen, bijvoorbeeld in de augmented en virtual reality, waar men licht op een dynamische manier wil manipuleren via externe signalen.
Natuurkundigen van de universiteiten van Amsterdam en Stanford zijn er nu in geslaagd om minuscule lenzen te fabriceren die een dergelijke dynamische aansturing mogelijk maken.
Hun lenzen kunnen in het bijzonder naar believen ‘aan- en uitgezet worden’, zodat het licht ofwel in een specifiek brandpunt gefocust kan worden, ofwel ongehinderd zijn weg kan vervolgen.
Om deze lenzen te maken gebruiken de onderzoekers een halfgeleidend materiaal, wolfraam-disulfide, met een dikte van slechts een enkele laag atomen. Daardoor zijn de lenzen minder dan een enkele nanometer dun.
Desondanks zijn er sterke interacties tussen het materiaal en het licht, waardoor het zo is te vormen dat de lenswerking ontstaat.
Zodra er echter een kleine elektrische spanning op het materiaal wordt toegepast, veranderen de eigenschappen volledig, en kan de interactie met het licht effectief worden uitgezet. Als dit gebeurt kan het licht dat eerst gefocust werd, ongehinderd door het materiaal heengaan: de lens is uitgeschakeld.
De materialen die de onderzoekers gebruiken zijn sterk transparant; een nuttige eigenschap voor toepassingen zoals brillen voor augmented en virtual reality, het volgen van oogbewegingen, of ‘beam tapping,’ waarbij een klein beetje van een signaal afgetapt wordt om iets te weten te komen over de informatie die het bevat.
De inzichten uit dit onderzoek maken het mogelijk om op een nieuwe manier optische elementen te ontwerpen en die in dergelijke toekomstige technieken toe te passen.
Op de afbeelding (uit de publicatie in Nature Photonics):
Schematische weergave van een atoom-dunne lens (bruine ringen) op glas (blauw) die het licht effectief focust boven het oppervlak. Het focus-mechanisme kan aan- en uitgezet worden met behulp van een kleine elektrische spanning.
