Nästa generation av elektroniska enheter, allt från monitorer för personlig hälsa och headset med augmented reality till känsliga vetenskapliga instrument som bara finns i ett laboratorium, kommer troligen att innehålla komponenter som använder metasurface -optik, enligt Andrei Faraon, professor i tillämpad fysik i Caltechs avdelning för teknik och tillämpad vetenskap. Metasurface -optik manipulerar ljus på samma sätt som ett objektiv kan - böjning, fokus, eller återspeglar det - men gör det på ett fint kontrollerbart sätt med hjälp av noggrant utformade mikroskopiska strukturer på en annars plan yta. Det gör dem både kompakta och finjusterbara, attraktiva egenskaper för elektroniska enheter. Dock, ingenjörer kommer att behöva övervinna flera utmaningar för att göra dem utbredda.

De flesta optiska system kräver mer än en enda metasyta för att fungera korrekt. I meta-ytbaserade optiska system, det mesta av den totala volymen inuti enheten är bara ledigt utrymme genom vilket ljus sprider sig mellan olika element. Behovet av detta lediga utrymme gör den övergripande enheten svår att skala ner, samtidigt som det kan vara komplicerat och dyrt att integrera och anpassa flera metasytor till en enda enhet.

För att övervinna denna begränsning, Faraon -gruppen har introducerat en teknik som kallas "vikta metasurface -optik, "vilket är ett sätt att skriva ut flera typer av metasytor på vardera sidan av ett substrat, som glas. På det här sättet, själva substratet blir förökningsutrymmet för ljuset. Som ett bevis på konceptet, laget använde tekniken för att bygga en spektrometer, som är ett vetenskapligt instrument för att dela ljus i olika färger, eller våglängder, och mäta deras motsvarande intensiteter. (Spektrometrar används på en mängd olika områden, till exempel inom astronomi används de för att bestämma den kemiska sammansättningen av stjärnor baserat på ljuset de avger.) Spektrometern som byggts av Faraons team är 1 millimeter tjock och består av tre reflekterande metasytor placerade bredvid varandra som delar och reflekterar ljus, och i slutändan fokusera den på en detektormatris. Designen beskrivs i ett papper publicerat av Naturkommunikation den 10 oktober.

En kompakt spektrometer som den som utvecklats av Faraons grupp har en mängd olika användningsområden, inklusive som ett icke-invasivt blodglukosmätningssystem som kan vara ovärderligt för diabetespatienter. Plattformen använder flera metaytelement som tillverkas i ett enda steg, så, i allmänhet, det ger en potentiell väg mot komplexa men billiga optiska system.

Papperet har titeln "Kompakt vikt metasurspektrometer."