Optische Metamaterialien sind bereit für den ersten kommerziellen Einsatz und werden bis 2030 einen Markt im Wert von mehreren Milliarden Dollar beherrschen.

Dies sind zwei der wichtigsten Schlussfolgerungen aus dem jüngsten Marktbericht über die aufkommende Optik- und Photoniktechnologie, der von den Analysten des US-amerikanischen Beratungsunternehmens Lux Research erstellt wurde.

Die Autoren Anthony Vicari und Michael Holman sagen, dass die schnelle Reifung der Technologie, die präzise kontrollierte Nanostrukturen verwendet, um sichtbares Licht zu manipulieren, bedeutet, dass die Kommerzialisierung unmittelbar bevorsteht.

„Eine wachsende Zahl von Start-ups gründet sich, und große Unternehmen zeigen großes Interesse, darunter Partnerschaften, Investitionen und Produkteinführungen von Lockheed Martin, Intel, 3M, Edmund Optics, Airbus, Applied Materials und TDK“, schlagen sie vor.

„Optische Metamaterialien werden sich im nächsten Jahr auf Nischen auf dem Linsenmarkt auswirken“, fügte Hauptautor Vicari hinzu. „Der Mangel an Produktionsinfrastruktur und mit der Technologie vertrauten Gerätedesignern hat den Fortschritt bisher gebremst, aber Design- und Produktionstechnologien sind in den letzten Jahren schnell ausgereift.“

Vollständige Kontrolle
Während Metamaterialien im Funk- und Mikrowellenspektrum bereits Wirkung zeigen – unterstützt durch das Aufkommen von Anwendungen in 5G-Netzen – hat die zusätzliche Komplexität der Konstruktionen, die für den Hochfrequenzbetrieb erforderlich sind, ihre Gegenstücke im sichtbaren Bereich bisher zurückgehalten.

Die Aufmerksamkeit konzentrierte sich zunächst auf exotische Ideen wie „Unsichtbarkeitsmäntel“ im optischen Spektrum, aber es gibt ein enormes Marktpotenzial in prosaischeren Anwendungen, die die Möglichkeit nutzen, Licht besser zu manipulieren, als dies mit herkömmlichen Optiken möglich ist.

Mit besserer Kontrolle über Richtung, Transmission und Fokussierung des Lichts auf allen wichtigen Leistungsachsen können Metamaterial-Geräte neuartige Fähigkeiten bieten, darunter negative, abstimmbare und komplexe Brechungsindizes.

Sie können auch mehrere optische Funktionen, wie z. B. Bildkorrekturen höherer Ordnung, in einer einzigen Geräteschicht kombinieren, wodurch dünnere und leichtere Produkte entstehen.

Der Lux Research-Bericht identifiziert vier Schlüsselmerkmale, die die neue Technologie definieren. Dazu gehören die Möglichkeit, optische Komponenten viel dünner und leichter zu machen; die Verwendung von digitaler Musterung für ein viel schnelleres Produktdesign; wellenlängenspezifische Geräte; und viel größere Gestaltungsfreiheit.

„Optische Metamaterialien werden Early Adopters einen Leistungsvorteil und einen Wettbewerbsvorteil verschaffen, der das Wachstum beschleunigen wird, da sie konventionelle Optiken ersetzen und ergänzen“, schreiben Vicari und Holman.

Sie sehen die wertvollsten Märkte bei Handykameras und Korrektionslinsen und sagen, dass, obwohl es einige Zeit dauern wird, bis optische Metamaterialien auf die von solchen Anwendungen geforderten Mengen skaliert werden, eine breite Palette von relativ Nischenanwendungen eine große Nachfrage nach die Zwischenzeit.

„Obwohl die Produktionskosten rapide sinken, sind sie für viele Anwendungen immer noch zu hoch und der Produktionsumfang zu klein“, heißt es in dem Bericht. „Darüber hinaus gibt es nur eine Handvoll führender Entwickler dieser Technologie, die kurzfristig zu einem Engpass für Innovation und Akzeptanz werden könnte.“