Ett team av ingenjörer på Caltech har upptäckt hur man använder dator-chip tillverkningsteknik för att skapa den typ av reflekterande material som gör säkerhetsvästar, löparskor, och vägskyltar verkar glänsande i mörkret.

Dessa material har sin glans att återreflektera, en egenskap som gör att de kan studsa ljus direkt tillbaka till dess källa från en mängd olika vinklar. I kontrast, en grundläggande platt spegel kommer inte att studsa tillbaka ljuset till dess källa om det ljuset kommer från någon annan vinkel än rakt på.

Retroreflektors förmåga att återföra ljus till var det kom ifrån gör dem användbara för att markera objekt som måste ses i mörka förhållanden. Till exempel, om ljus från en bils strålkastare lyser på byggnadsarbetarens säkerhetsväst längs vägen, västens retroreflekterande remsor kommer att studsa det ljuset rakt tillbaka till bilen och in i förarens ögon, får västen att lysa.

Retroreflektorer har också använts i lantmätarnas utrustning, kommunikation med satelliter, och även i experiment för att mäta månens avstånd från jorden.

Vanligtvis, retroreflektorer består av små glaskulor inbäddade i ytan av reflekterande färg eller i små speglar formade som det inre hörnet av en kub.

Den nya tekniken - som utvecklades av ett team under ledning av Caltechs Andrei Faraon, biträdande professor i tillämpad fysik och materialvetenskap vid avdelningen för teknik och tillämpad vetenskap - använder ytor som täcks av ett metamaterial bestående av miljontals kiselpelare, var och en bara några hundra nanometer lång. Genom att justera pelarnas storlek och avståndet mellan dem, Faraon kan manipulera hur ytan reflekterar, bryts, eller sänder ljus. Han har redan visat att dessa material kan finjusteras för att skapa platta linser för att fokusera ljus eller för att skapa prisma-liknande ytor som sprider ljuset ut i dess spektrum. Nu, han har upptäckt att han kan bygga en retroreflektor genom att stapla två lager av metamaterialen ovanpå varandra.

I denna typ av retroreflektor, ljus passerar först genom ett transparent metamateriallager (metasurface) och fokuseras av sina små pelare på en enda plats på ett reflekterande metamateriallager. Det reflekterande lagret studsar sedan tillbaka ljuset till det transparenta lagret, som överför ljuset tillbaka till dess källa.

"Genom att placera flera metasytor ovanpå varandra, det är möjligt att styra ljusflödet på ett sådant sätt som inte var möjligt tidigare, "Faraon säger." Funktionen hos en retroreflektor kan inte uppnås genom att använda en enda metasyta. "

Eftersom Faraons metamaterial skapas med tillverkningsteknik för datorchip, det skulle vara möjligt att enkelt integrera dem i chips som används i optoelektroniska enheter - elektronik som använder och styr ljus, han säger.

"Detta kan ha applikationer för att kommunicera med fjärrsensorer, drönare, satelliter, etc., " han lägger till.

Faraons forskning visas i en artikel i 19 juni, 2017, upplaga av Nature Photonics ; papperet har titeln "Planar metasurface retroreflector." Andra medförfattare är Amir Arbabi, biträdande professor i dator- och elektroteknik vid University of Massachusetts Amherst; och Caltech elektroteknik doktorander Ehsan Arbabi, Yu Horie, och Seyedeh Mahsa Kamali.