Eine neue abstimmbare dielektrische Metaoberfläche auf Basis von Flüssigkristallen

Dielektrische Metaoberflächen stellen eine der modernsten Forschungs- und Anwendungsrichtungen in der Optik dar. Sie bieten nicht nur den Vorteil geringer Verluste, sondern ermöglichen auch die Realisierung von Bauteildicken im Subwellenlängenmaßstab. Darüber hinaus können sie Licht in mehreren Dimensionen wie Amplitude, Phase und Polarisation frei modulieren.

Diese Fähigkeit, die der traditionellen Optik fehlt, ist von erheblicher Bedeutung für die Integration, Miniaturisierung und Skalierung zukünftiger optischer Systeme. Daher erregen dielektrische Metaoberflächen bei Herstellern immer mehr Aufmerksamkeit. In einer in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Fortschrittliche Geräte und InstrumenteDas Team von Professor Daping Chu von der Universität Cambridge hat eine neue abstimmbare dielektrische Metaoberfläche auf Basis von Flüssigkristallen entwickelt.

Durch die Nutzung des inhärenten Ausrichtungseffekts der dielektrischen Metaoberfläche auf Flüssigkristalle zusätzlich zu ihren elektrisch steuerbaren Eigenschaften entfällt der Bedarf an Flüssigkristall-Ausrichtungsschichtmaterialien und damit verbundenen Prozessen, wodurch Zeit und Kosten bei der Herstellung des Geräts gespart werden können. Dies hat praktische Auswirkungen auf Geräte wie Flüssigkristalle auf Silizium (LCoS).

Das Forschungsteam untersuchte quantitativ die Stärke des Ausrichtungseffekts der Metaoberfläche selbst auf die Flüssigkristalle, indem es die Transmission des Geräts in verschiedenen Winkeln maß. Sie erreichten ein Kontrastverhältnis von 25,6 zwischen Helligkeit und Dunkelheit.

Gleichzeitig erreichte das Forscherteam bei den Experimenten auch eine Modulationstiefe von 94 % im Nahinfrarot-Kommunikationswellenlängenband.

Diese Studie schlägt eine neue elektrisch gesteuerte Metaoberfläche auf Basis von Flüssigkristallen vor. Durch die Nutzung des inhärenten Ausrichtungseffekts der Metaoberfläche auf Flüssigkristalle wird der in herkömmlichen Flüssigkristallgeräten vorhandene Ausrichtungsprozess eliminiert, wodurch herkömmliche Flüssigkristallgeräte einen erheblichen wirtschaftlichen Mehrwert erhalten.

Darüber hinaus kann das Gerät aufgrund der Subwellenlängenbeschaffenheit der Metaoberfläche theoretisch extrem dünn sein, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit und Auflösung des Flüssigkristallgeräts effektiv verbessert werden. In Metaoberflächen integrierte Flüssigkristallgeräte sind im Vergleich zu herkömmlichen Flüssigkristallgeräten wie LCoS von entscheidendem Forschungswert.