Wenn Licht als ebene Welle auf eine Lochblende mit einem Lochdurchmesser unterhalb der Wellenlänge trifft, können sich hinter der Blende Kugelwellen bilden. Wenn nun ein ganzes Ensemble an Löchern mit wohlüberlegter Positionierung gewählt wird, können die verschiedenen Kugelwellen in beliebiger Art miteinander interferieren. Die Superposition der transmittierten Einzelwellen ergibt dann eine neue Wellenfront, die zum Beispiel Bildinformationen tragen kann. Ein solches Konstrukt nennt man Photonensieb. Eine simple Struktur wie ein Lochmuster kann in einem schmalen Spektralbereich nicht zwischen verschiedenen Farben des einfallenden Lichts unterscheiden. Um ein farbselektives Verhalten von Photonensieben zu generieren, zeigen wir in unserem Artikel ‚A wavelength selective photon sieve for holographic applications‘ wie speziell designte Metaatome aus Silizium als Farbfilter ausgenutzt werden können. Durch die Wahl zweier verschiedener Geometrien der Metaatome können in unserem Beispiel bis zu drei Hologramme in einem Photonensieb gespeichert werden. Durch eine geschickt gewählte Korrelation der zwei verschiedenen Geometrien wird die Informationsdichte zudem erhöht. Durch diese Art von Multiplexing können unterschiedliche Informationen durch die Änderung der Wellenlänge oder der Polarisation des einfallenden Lichts ausgelesen werden. Dadurch, dass sich die Hologramme im sichtbaren Spektralbereich befinden und sich das Auslesen der verschiedenen Bildinformationen sehr schnell und einfach geschaltet, ist dieses Prinzip attraktiv für Anwendungen in holografischen Displays, wie sie zum Beispiel in Flugzeugen und Autos angewendet werden. Der große Vorteil von Metamaterialien im Vergleich zu konventionellen Lichtmodulatoren ist die kleine Pixelgröße, welche die Informationsdichte drastisch erhöht, sowie die geringe Dicke des Informationsträgers von nur 300 Nanometern.
Diese Arbeit wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Sonderforschungsbereichs TRR142 "Tailored Nonlinear Photonics" gefördert.
Zum Paper: https://doi.org/10.1515/nanoph-2021-0440
