Ultradunne, platte lens zet warmte om in zichtbaar licht

Energie

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 06/05/2025

Infraroodlicht passeert de metalens, wordt omgezet in violet licht en gefocust door het materiaal en de speciale structuren van het metasurface. [Afbeelding: U.Talts / ETH Zürich]

Hittevisie

Onderzoekers hebben een platte lens ontwikkeld die infraroodlicht op een uiterst eenvoudige manier kan omzetten in zichtbaar licht: door de golflengte van het licht dat informatie over warmte draagt ​​te halveren.

Het is opnieuw een opmerkelijke ontwikkeling in een vakgebied waarin al verschillende nieuwe ontwikkelingen hebben plaatsgevonden, waaronder de realistische mogelijkheid van een contactlens voor nachtzicht .

Nachtzichtcamera's zijn duur en omvangrijk omdat ze afhankelijk zijn van grote, zware lensarrays en elektronica om de beelden te verwerken. Gelukkig hebben we nu metalen , mogelijk gemaakt door metamateriaal- en metasurfacetechnologie .

Het zijn platte lenzen die op dezelfde manier werken als normale lenzen, maar ongeveer 40 keer dunner zijn dan een gemiddelde mensenhaar. Dit maakt ze ook zeer licht, omdat ze niet van glas hoeven te zijn.

De magie wordt verricht door lichtantennes , de minuscule meta-atomen waaruit dit kunstmatige materiaal bestaat, waarvan het gedrag niet wordt bepaald door de chemische samenstelling, maar door de fysieke structuur.

In combinatie met speciale materialen kunnen deze nanostructuren worden gebruikt om andere ongewone eigenschappen van licht te onderzoeken. Een voorbeeld is niet-lineaire optica, waarmee licht van de ene kleur naar de andere kan worden omgezet.

Bovenaan het productieproces van het metaal, met behulp van een oplossing die op een mal wordt aangebracht. Onderaan een vergelijking tussen normale lenzen (links), een traditioneel metaal (midden) en een niet-lineair metaal (rechts). [Afbeelding: Ülle-Linda Talts et al. - 10.1002/adma.202418957]

Omzetting van infrarood naar zichtbaar licht

Ulle Talts en zijn collega's van de Zwitserse Technische Hogeschool (ETH) in Zürich kozen lithium-niobaat als materiaal voor hun converterlens, omdat het niet alleen over unieke optische eigenschappen beschikt, maar ook een materiaal is waarmee gemakkelijk te werken is.

Het proces verschilt niet veel van wat er gebeurt in een laserpen, waarbij infraroodlicht dat door een led wordt uitgezonden door een hoogwaardig kristallijn materiaal gaat en licht genereert met de halve golflengte – in dit geval groen licht. Lithiumniobaat doet dit ook, maar door het te gebruiken voor de bouw van een metalens, wordt het geheel veel compacter en efficiënter.

"De oplossing met de voorlopers van lithiumniobaatkristallen kan worden geprint terwijl het nog vloeibaar is. Het werkt op een vergelijkbare manier als de Gutenbergpers", aldus Talts. "Wanneer het materiaal wordt verhit tot 600 °C, krijgt het kristallijne eigenschappen waardoor het licht kan omzetten, zoals in het geval van de groene laserpen."

Wanneer infrarood licht, met een golflengte van 800 nanometer, door de metalens gaat, komt het aan de andere kant tevoorschijn als zichtbare straling met een golflengte van 400 nanometer. Deze magische lichtomzetting is alleen mogelijk dankzij de speciale structuur van de ultradunne metalens en de samenstelling ervan, met een materiaal dat het zogenaamde niet-lineaire optische effect mogelijk maakt. Dit effect is niet beperkt tot een specifieke lasergolflengte, waardoor het proces zeer veelzijdig is en geschikt voor een breed scala aan toepassingen.

Volgens de onderzoekers is deze techniek geschikt voor massaproductie, omdat één inverse mal meerdere keren kan worden gebruikt, waardoor er zoveel metalen als nodig kunnen worden geprint. Bovendien is het metaal veel goedkoper en sneller te produceren dan andere geminiaturiseerde optische lithiumniobaatcomponenten.

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen