Die Metasurface-Technologie ist eine fortschrittliche optische Technologie, die dünner, leichter und besser in der Lage ist, Licht durch nanometergroße künstliche Strukturen präzise zu steuern als herkömmliche Technologien. KAIST-Forscher haben die Einschränkungen bestehender Metaoberflächentechnologien überwunden und erfolgreich eine Janus-Metaoberfläche entwickelt, die in der Lage ist, die asymmetrische Lichtdurchlässigkeit perfekt zu steuern. Durch die Anwendung dieser Technologie haben sie außerdem eine innovative Methode vorgeschlagen, um die Sicherheit deutlich zu erhöhen, indem Informationen nur unter bestimmten Bedingungen dekodiert werden.
Die Forschung des Teams ist veröffentlicht im Tagebuch Fortschrittliche Materialien. Das Forschungsteam wurde von Professor Jonghwa Shin vom Fachbereich Materialwissenschaft und Werkstofftechnik geleitet.
Asymmetrische Eigenschaften, die je nach Richtung unterschiedlich reagieren, spielen in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft und Technik eine entscheidende Rolle. Die vom Forschungsteam entwickelte Janus-Metaoberfläche implementiert ein optisches System, das in beiden Richtungen unterschiedliche Funktionen ausführen kann.
Wie der römische Gott Janus mit zwei Gesichtern zeigt diese Metaoberfläche je nach Richtung des einfallenden Lichts völlig unterschiedliche optische Reaktionen und betreibt effektiv zwei unabhängige optische Systeme mit einem einzigen Gerät (z. B. einer Metaoberfläche, die in einer Richtung als Vergrößerungslinse fungiert). als polarisierte Kamera im anderen). Mit anderen Worten: Mit dieser Technologie ist es möglich, je nach Lichtrichtung zwei unterschiedliche optische Systeme (z. B. eine Linse und ein Hologramm) zu betreiben.
Mit dieser Errungenschaft wird eine Herausforderung angegangen, die mit bestehenden Metaoberflächentechnologien nicht gelöst werden konnte. Die herkömmliche Metaoberflächentechnologie hatte Einschränkungen bei der selektiven Steuerung der drei Eigenschaften des Lichts – Intensität, Phase und Polarisation – basierend auf der Einfallsrichtung.
Das Forschungsteam schlug eine auf mathematischen und physikalischen Prinzipien basierende Lösung vor und konnte experimentell verschiedene Vektorhologramme in beide Richtungen implementieren. Durch diese Errungenschaft stellten sie eine vollständige asymmetrische Lichtübertragungssteuerungstechnologie vor.
Darüber hinaus entwickelte das Forschungsteam eine neue optische Verschlüsselungstechnologie auf Basis dieser Metaoberflächentechnologie. Mithilfe der Janus-Metaoberfläche implementierten sie ein Vektorhologramm, das je nach Richtung und Polarisationszustand des einfallenden Lichts unterschiedliche Bilder erzeugt. Damit stellten sie ein optisches Verschlüsselungssystem vor, das die Sicherheit erheblich erhöht, indem es die Decodierung von Informationen nur unter bestimmten Bedingungen ermöglicht.
Es wird erwartet, dass diese Technologie als Sicherheitslösung der nächsten Generation dient und in verschiedenen Bereichen wie der Quantenkommunikation und der sicheren Datenübertragung anwendbar ist.
Darüber hinaus wird erwartet, dass die ultradünne Struktur der Metaoberfläche das Volumen und Gewicht herkömmlicher optischer Geräte erheblich reduzieren wird, was erheblich zur Miniaturisierung und zum Leichtbaudesign von Geräten der nächsten Generation beiträgt.
Professor Jonghwa Shin vom Department of Materials Science and Engineering am KAIST erklärte: „Diese Forschung hat die vollständige asymmetrische Transmissionssteuerung von Lichtintensität, Phase und Polarisation ermöglicht, was in der Optik seit langem eine Herausforderung darstellt. Sie hat die Möglichkeiten eröffnet Möglichkeit zur Entwicklung verschiedener angewandter optischer Geräte.
„Wir planen, weiterhin optische Geräte zu entwickeln, die in verschiedenen Bereichen wie Augmented Reality (AR), holografischen Displays und LiDAR-Systemen für autonome Fahrzeuge eingesetzt werden können, und dabei das volle Potenzial der Metaoberflächentechnologie auszuschöpfen.“
Weitere Informationen:
Hyeonhee Kim et al., Bidirektionale vektorielle Holographie unter Verwendung von zweischichtigen Metaoberflächen und ihre Anwendung auf die optische Verschlüsselung, Fortschrittliche Materialien (2024). DOI: 10.1002/adma.202406717