Satu permukaan optik kini dapat menjalankan 11 fungsi sekaligus dalam ruang yang sangat kecil. Terobosan ini datang dari tim peneliti Monash University yang merancang metasurface dengan pendekatan berbeda, yaitu dengan memanfaatkan kekacauan yang justru diatur secara sengaja.
Temuan tersebut menunjukkan bahwa perangkat optik tidak selalu harus disusun serapi mungkin untuk bekerja dengan baik. Dalam desain baru ini, beberapa fungsi bisa berbagi area yang sama melalui pola mosaik dari elemen-elemen pengendali cahaya yang disebut meta pixels.
Kekacauan yang dibuat untuk efisiensi
Dalam fotonik konvensional, metasurface umumnya dipakai untuk satu tugas tertentu. Satu perangkat biasanya hanya difokuskan untuk satu fungsi, seperti memfokuskan cahaya atau mengatur polarisasi, sehingga kebutuhan ruang dan komponen menjadi lebih besar.
Dr. Haoran Ren menjelaskan bahwa gangguan sering dipandang sebagai masalah dalam rekayasa. Namun dalam pendekatan ini, disorder dipakai dengan sengaja agar performa bisa meningkat tanpa membuat ukuran perangkat ikut membesar secara signifikan.
Pendekatan tersebut bekerja dengan menata elemen pengendali cahaya dalam pola mosaik. Cara ini membuat ruang yang biasanya hanya terpakai untuk satu fungsi dapat dihemat, lalu dimanfaatkan untuk fungsi optik lainnya.
Dr. Chi Li menggambarkan gagasan itu seperti penataan ulang ruang kota. Alih-alih memberi satu area hanya untuk satu fungsi, desain baru memungkinkan beberapa fungsi hidup berdampingan dengan lebih efisien.
11 fungsi dalam satu engineered surface
Untuk menunjukkan bahwa konsep ini benar-benar bekerja, tim membuat jenis lensa optik baru yang beroperasi pada rentang panjang gelombang 1200 hingga 1400 nanometer. Di dalam satu engineered surface, lensa tersebut mampu menggabungkan 11 fungsi optik yang berbeda.
Kemampuan itu membuat fokus cahaya tetap konsisten pada berbagai warna tanpa distorsi yang biasa muncul pada sistem optik yang lebih sederhana. Hasil ini memperlihatkan bahwa satu perangkat kompak dapat menjalankan lebih banyak tugas tanpa harus menambah banyak lapisan atau komponen tambahan.
Tim juga menunjukkan bahwa informasi polarisasi cahaya dapat ditangkap hanya melalui satu kali pengukuran. Dalam banyak sistem sebelumnya, analisis seperti ini sering memerlukan lebih banyak pengukuran atau peralatan tambahan.
Relevansi untuk sistem optik yang lebih ringkas
Keunggulan utama pendekatan ini terletak pada efisiensi ruang dan fungsi. Ketika satu permukaan bisa menangani banyak pekerjaan sekaligus, proses pengolahan cahaya berpotensi menjadi lebih cepat dan lebih sederhana.
Hal tersebut membuka peluang bagi perangkat optik yang lebih kecil namun tetap serbaguna. Kondisi ini penting terutama ketika kebutuhan terhadap sistem optik makin kompleks, sementara ruang pemasangan justru terbatas.
Potensi penerapan di beberapa bidang
Platform baru ini dinilai bisa diperluas untuk menyatukan banyak fungsi optik dalam satu perangkat kompak. Di sektor telekomunikasi, pendekatan seperti ini dapat membantu merampingkan infrastruktur optik yang selama ini cenderung rumit dan memakan tempat.
Potensi lainnya juga mencakup diagnostik biomedis, sensor lingkungan, dan pencitraan berbasis ruang angkasa. Semua bidang tersebut membutuhkan sistem optik yang kecil, tetapi tetap mampu menjalankan banyak tugas dengan stabil.
Masih ada tantangan menuju penggunaan luas
Meski hasil laboratorium menunjukkan kemajuan yang besar, tantangan produksi massal masih belum selesai. Penelitian ini membuktikan konsepnya dapat bekerja di lingkungan riset, tetapi penerapan ke manufaktur komersial tetap memerlukan pengujian lebih lanjut.
Studi ini dilakukan di Monash Nanophotonics Laboratory dengan kontribusi tambahan dari University of Exeter dan University of the Witwatersrand. Kolaborasi lintas institusi tersebut memperlihatkan bahwa engineered disorder kini dipandang sebagai arah riset yang serius dalam fotonik.
Dengan menunjukkan bahwa ketidakteraturan yang dirancang bisa memberi keuntungan tertentu, penelitian ini membuka jalan baru bagi pengembangan perangkat optik. Jika pendekatan tersebut terus berkembang, metasurface masa depan berpotensi menjadi lebih kecil, lebih hemat ruang, dan lebih mampu menangani pemrosesan cahaya yang semakin kompleks.
