Optická metamateriály: Nová dimenze optiky

Výzkum vedený Andrejem Faraonem, profesorem aplikované fyziky a elektrotechniky na Caltechu, představuje významný posun v oblasti optických technologií. Optické metamateriály, které získávají své unikátní vlastnosti díky nanostrukturám menším než vlnová délka světla, se poprvé podařilo přetvořit do plně trojrozměrných zařízení. Tento objev byl publikován v prestižním vědeckém časopise Nature Communications.

Podle Faraona představuje tento přístup klíč k dosažení nových funkcí, které dříve nebyly možné: „Většina zařízení dosud pracovala s tenkými vrstvami materiálů, ale optika existuje ve třech dimenzích. Naším cílem je zjistit, co je možné, pokud vytvoříme trojrozměrné struktury menší než vlnová délka světla.“

Rozdělení světla: Revoluce ve vidění

Jako demonstraci své technologie vytvořil tým zařízení, která dokážou rozdělit světlo podle vlnové délky a polarizace. To znamená, že infračervené světlo lze třídit podle jeho vlastností, což otevírá cestu k lepším kamerám a senzorům. V budoucnu by tato technologie mohla fungovat i s viditelným světlem – například by mohla rozdělit červené, zelené a modré světlo na různé pixely kamery. To by umožnilo vytvářet zařízení, která zachytí nejen barvy, ale i orientaci povrchů, což by mělo zásadní význam pro virtuální a rozšířenou realitu.

Zdroj: Shutterstock

„Organický“ design z optimalizačních algoritmů

Jedním z nejpřekvapivějších aspektů nové technologie je vzhled vytvořených zařízení. Namísto tradičních hladkých a symetrických tvarů připomínají tyto struktury spíše chaos – například vnitřek termitiště. Tento neobvyklý design je výsledkem evolučních algoritmů, které neustále optimalizují zařízení, aby dosáhla požadovaných funkcí.

Gregory Roberts, hlavní autor studie, popisuje proces: „Software postupně mění design a testuje, jak malé úpravy zlepšují výkon. Na konci tohoto procesu máme strukturu, která vypadá divoce, ale plní svůj úkol na vysoké úrovni.“

3D tisk na mikroskopické úrovni

Aby vědci převedli své návrhy do fyzické podoby, použili technologii známou jako dvoufotonová polymerizace (TPP) lithografie. Tato metoda, která selektivně vytvrzuje kapalnou pryskyřici pomocí laseru, umožňuje vytvářet struktury menší než jeden mikrometr. Ve srovnání s běžnými 3D tiskárnami jde o mnohem přesnější proces.

„Tato práce je důkazem konceptu, ale s dalším výzkumem bychom mohli vyvinout praktické výrobní techniky,“ říká Faraon.

Budoucnost optiky: Od teorie k aplikacím

Ačkoli se jedná o první kroky v této oblasti, potenciál technologie je obrovský. Mohla by najít uplatnění v miniaturizovaných senzorech, pokročilých kamerách, které rozlišují světlo nejen podle barvy, ale i podle dalších vlastností, a také v zařízeních pro rozšířenou a virtuální realitu.