Ytor som effektivt omdirigerar ljusets utbredning har utvecklats av A*STAR-forskare. Ramón Paniagua-Domínguez, arbetar med kollegor från A*STAR Data Storage Institute och Nanyang Technological University, har uppfunnit kompakta och lätta optiska komponenter som skulle kunna integreras i bärbara optoelektroniska enheter.

Traditionella optiska glaskomponenter förändrar ljusets utbredning genom reflektion och brytning. De tenderar att vara tredimensionella:en lins, till exempel, kräver en krökt yta som fokuserar ljuset till en punkt. Men dessa skrymmande element lägger till vikt, till mobilkameror till exempel.

Ett plattare alternativ finns i metasytor, som består av en rad strukturer, var och en mindre än ljusets våglängd, konstruerad för att modifiera egenskaperna hos infallande ljus. När en optisk stråle träffar denna yta, det sprider bort subvåglängdselementen, bildar en utgående stråle med valda egenskaper. Detta kan, till exempel, användas för att böja den inkommande strålen i en ny riktning. Dock, effektiviteten med vilken ljuset omfördelas i rätt riktning minskar kraftigt för ökande vinklar, gör det svårt att böja ljus i mycket stora vinklar.

Paniagua-Domínguez och teamet uppnår effektiv optisk kanalisering i valfri vinkel med hjälp av en metayta som består av en rad asymmetriska nanoantenner. Precis som vanliga antenner, de ändrar spridningsdirektivitetsmönstren genom att undertrycka eller förstärka emission i olika vinklar. "Vårt nya tillvägagångssätt går utöver standarddesignen, vilket är att använda faskartläggning, " förklarar Paniagua-Domínguez. "Vi förutser att dessa metasytor kan överträffa traditionell bulkoptik, inte bara när det gäller effektivitet, men också funktionalitet."

Forskarna demonstrerade detta koncept experimentellt genom att etsa deras nanoantennuppsättningsdesign till en tunn film av titandioxid på ett glassubstrat. En design de undersökte hade en struktur som löst liknade en fisk, med en ring som omger ena toppen av en triangel. Fiskens dimensioner var alla under 300 nanometer, mycket mindre än våglängden för det infallande ljuset. Med detta nya tillvägagångssätt kunde de böja mer än 50 procent av energin hos en inkommande stråle av grönt ljus i en vinkel på upp till 73 grader. Dessutom, och i motsats till tidigare tillvägagångssätt, denna struktur visade bredbandsdrift, effektivt böjer ljus över våglängder i de gröna och blå delarna av spektrumet.

"Baserat på detta koncept, vi arbetar nu mot en platt lins med en extremt stor numerisk bländare, " säger Paniagua-Domínguez. "Det vill säga, en lins som kan fokusera ljus till en mycket liten punkt eller lösa upp mycket små föremål eller funktioner."