Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Στουτγάρδης ανέπτυξαν μια νέα προσέγγιση στα επίπεδα οπτικά στοιχεία (metasurfaces), κατασκευάζοντας επίπεδα κάτοπτρα που εστιαζουν υπεριώδες φως χάρη σε μικροσκοπικές κοιλότητες αέρα χαραγμένες απευθείας σε πυρίτιο.
Η μελέτη, η οποία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Advanced Photonics, παρακάμπτει τον περιορισμό της ισχυρής απορρόφησης του υπεριώδους φωτός από το πυρίτιο, αξιοποιώντας τις οπτικές ιδιότητες του υλικού για τη δημιουργία συμπαγών συστημάτων υψηλής ανάλυσης.
Η παγίδευση του φωτός σε αέρα αντί για πυρίτιο
Ενώ τα παραδοσιακά διηλεκτρικά μεταδίκτυα χρησιμοποιούν μικροσκοπικούς στύλους υψηλού δείκτη διάθλασης, το πυρίτιο απορροφά έντονα το υπεριώδες φως, καθιστώντας τις συμβατικές δομές ακατάλληλες. Για να υπερβούν αυτό το εμπόδιο, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τη δομή των λεγόμενων κενών Mie (Mie voids), χαράσσοντας μικρές κοιλότητες αέρα μέσα σε μάζα πυριτίου.
Το φως εισέρχεται στις κοιλότητες και ανακλάται από τα γύρω όρια, με αποτέλεσμα να περιορίζεται κυρίως στον αέρα όπου η απορρόφηση είναι αμελητέα, ενώ η απορροφητικότητα του πυριτίου ενισχύει τελικά την ανακλαστικότητα της διεπιφάνειας.
Κοιλότητες και προοπτικές εφαρμογών
Διαμορφώνοντας τις κοιλότητες σε ελλειψίες μήκους περίπου 470 νανομέτρων και μεταβάλλοντας την περιστροφή τους σε μια επιφάνεια μισού χιλιοστού, η ερευνητική ομάδα κωδικοποίησε ένα προφίλ εστίασης απευθείας στο πυρίτιο.
Όταν φωτίζονται με υπεριώδες φως μήκους κύματος 325 νανομέτρων, οι επιφάνειες αυτές λειτουργούν ως επίπεδα ισοδύναμα εκτός άξονα παραβολικών κατόπτρων, παράγοντας κυκλικά σημεία εστίασης μεγέθους μόλις ενός μικρομέτρου. Η μέθοδος βασίζεται σε μια απλή διαδικασία κατασκευής ενός μοναδικού βήματος λιθογραφίας και χάραξης, ανοίγοντας τον δρόμο για τη δημιουργία συμπαγών αισθητήρων και οπτικών συστημάτων στο βαθύ υπεριώδες φάσμα.