Des surfaces qui redirigent efficacement la propagation de la lumière ont été développées par les chercheurs d'A*STAR. Ramón Paniagua-Domínguez, travailler avec des collègues de l'Institut de stockage de données A*STAR et de l'Université technologique de Nanyang, a inventé des composants optiques compacts et légers qui pourraient être intégrés dans des dispositifs optoélectroniques portables.

Les composants optiques traditionnels en verre modifient la propagation de la lumière par réflexion et réfraction. Ils ont tendance à être tridimensionnels :une lentille, par exemple, nécessite une surface incurvée qui focalise la lumière sur un point. Mais ces éléments encombrants ajoutent du poids, aux caméras de téléphones portables par exemple.

Une alternative plus plate se trouve dans les métasurfaces, qui se composent d'un ensemble de structures, chacune plus petite que la longueur d'onde de la lumière, conçu pour modifier les caractéristiques de la lumière incidente. Lorsqu'un faisceau optique frappe cette surface, il disperse les éléments de sous-longueur d'onde, formant un faisceau de sortie avec des propriétés choisies. Ceci peut, par exemple, être utilisé pour plier le faisceau entrant dans une nouvelle direction. Cependant, l'efficacité avec laquelle la lumière est redistribuée dans la bonne direction diminue fortement pour des angles croissants, rendant difficile la flexion de la lumière à de très grands angles.

Paniagua-Domínguez et l'équipe réalisent une canalisation optique efficace à n'importe quel angle souhaité en utilisant une métasurface comprenant un réseau de nanoantennes asymétriques. Tout comme les antennes normales, ils modifient les schémas de directivité de diffusion en supprimant ou en améliorant l'émission à différents angles. "Notre nouvelle approche va au-delà de la conception standard, qui consiste à utiliser le mappage de phase, " explique Paniagua-Domínguez. " Nous prévoyons que ces métasurfaces peuvent surpasser l'optique en vrac traditionnelle non seulement en termes d'efficacité, mais aussi la fonctionnalité."

Les chercheurs ont démontré ce concept expérimentalement en gravant leur conception de réseau de nanoantennes dans un film mince de dioxyde de titane sur un substrat de verre. Une conception qu'ils ont étudiée avait une structure qui ressemblait vaguement à un poisson, avec un anneau entourant un sommet d'un triangle. Les dimensions des poissons étaient toutes inférieures à 300 nanomètres, beaucoup plus petite que la longueur d'onde de la lumière incidente. Grâce à cette nouvelle approche, ils ont pu plier plus de 50 % de l'énergie d'un faisceau de lumière verte entrant à un angle allant jusqu'à 73 degrés. De plus, et contrairement aux approches précédentes, cette structure a démontré un fonctionnement à large bande, courber efficacement la lumière à travers les longueurs d'onde dans les parties verte et bleue du spectre.

« Sur la base de ce concept, nous travaillons maintenant vers un objectif plat avec une ouverture numérique extrêmement grande, " dit Paniagua-Domínguez. " C'est-à-dire, un objectif qui peut focaliser la lumière dans un très petit point ou résoudre de très petits objets ou caractéristiques."