Mikrostrukturoptik

Mikrostrukturoptika on optika valdkond, mis uurib valguse käitumist ja kontrolli läbi väga väikeste, tavaliselt nanomeetri kuni mikromeetri skaalal olevate struktuuride. Need mikrostruktuurid võivad olla perioodilised või juhitavad ning esindada nii dielektrilisi kui ka plasmonilisi materjale. Oma olemuselt võimaldavad need struktuurid faasi, amplituudi, polarisatsiooni ja levimisrežiime muuta ning luua optilisi elemente, mis ületavad tavapäraste materjalide piiranguid.

Peamised vormid hõlmavad fotonilisi kristalle, mille perioodilised struktuurid loovad valguse jaoks bandi struktuuri ja võimaldavad kontrollida levikut, ning metasurfadid, mille subwave-length mustritega saab faasi, amplituudi ja polarisatsiooni muuta ühe õhukese pinnaga. Lisanduvad mikroskoopilised struktuurid kiudoptilistes süsteemides ja sensorites, mis parandavad tundlikkust ning vähendavad ruumi- ja energiaaluseid vajadusi.

Disain ja analüüs põhinevad sageli efektiivse keskkonna teoorial (effective medium theory) ning bändistruktuuride mudelitel, mis kirjeldavad, kuidas mikrostruktuur mõjutab valguse faasi ja levikut. Mikrostruktuuride valmistamisel kasutatakse tipptasemel nanofabrikaatsioonimeetodeid, sealhulgas litograafiat (UV-, DUV- või elektron-beam-litograafia), nanoimprint-litograafiat ning depoositiooni ja eetust rakendavaid protsesse. 3D-nanostruktuurid ja roll-to-roll tootmismeetodid muutuvad järjest olulisemaks.

Rakendused hõlmavad antireflektiivseid ja hajusid vähendavaid pindu, täpse faasi- ja polarisatsioonikontrolli optilistes süsteemides, valguse fokuseerimise ja kujundamise, sensorite ja biosensoritega seotud lahendusi, telekommunikatsiooni ning integreeritud fotonikaseadmeid.

Väljakutsed hõlmavad tootmiskulude vähendamist, laiemat toimivust erinevatel lainepikkustel ning suuremat töökindlust. Tulevikus lubab mikrostrukturoptika jätkuvat arengut metasurface’ide ja fotoniliste kristallide materjalide ning keerukamate 3D-mustrite suunas ja nende paremat integratsiooni standardsete kiud- ja integreeritud fotoniliste süsteemidega.