Optische metamaterialen zijn klaar voor de eerste commerciële toepassing en zullen tegen 2030 een markt van enkele miljarden dollars veroveren.

Dat zijn twee van de belangrijkste conclusies uit het laatste marktrapport over de opkomende optica- en fotonica-technologie, samengesteld door analisten van het Amerikaanse adviesbureau Lux Research.

Auteurs Anthony Vicari en Michael Holman zeggen dat een snelle rijping van de technologie, die nauwkeurig gecontroleerde nanostructuren gebruikt om zichtbaar licht te manipuleren, betekent dat commercialisering op handen is.

"Er wordt een groeiend aantal startups gevormd en grote bedrijven tonen aanzienlijke interesse, waaronder partnerschappen, investeringen en productlanceringen van Lockheed Martin, Intel, 3M, Edmund Optics, Airbus, Applied Materials en TDK", suggereren ze.

"Optische metamaterialen zullen het komende jaar van invloed zijn op niches binnen de lensmarkt", voegde hoofdauteur Vicari toe. "Gebrek aan productie-infrastructuur en aan apparaatontwerpers die bekend zijn met de technologie hebben de vooruitgang tot nu toe tegengehouden, maar ontwerp- en productietechnologieën zijn de afgelopen jaren snel volwassen geworden."

Volledige controle
Hoewel metamaterialen al een impact beginnen te maken in het radio- en microgolfspectrum - geholpen door de opkomst van toepassingen in 5G-netwerken - heeft de extra complexiteit van ontwerpen die nodig zijn voor werking op hogere frequenties hun tegenhangers met zichtbaar bereik tot nu toe tegengehouden.

De aandacht was aanvankelijk gericht op exotische ideeën zoals "onzichtbaarheidsmantels" in het optische spectrum, maar er is een enorm marktpotentieel in meer prozaïsche toepassingen die profiteren van de mogelijkheid om licht te manipuleren met meer controle dan mogelijk is met conventionele optica.

Met meer controle over de richting, transmissie en focus van licht op alle belangrijke prestatie-assen, kunnen metamateriaalapparaten nieuwe mogelijkheden bieden, waaronder negatieve, afstembare en complexe brekingsindices.

Ze kunnen ook meerdere optische functies combineren, zoals beeldcorrecties van hogere orde, in een enkele apparaatlaag, wat resulteert in dunnere en lichtere producten.

Het Lux Research-rapport identificeert vier belangrijke kenmerken die de nieuwe technologie definiëren. Deze omvatten de mogelijkheid om optische componenten veel dunner en lichter te maken; het gebruik van digitale patronen voor een veel sneller productontwerp; golflengte-specifieke apparaten; en een veel grotere ontwerpvrijheid.

"Optische metamaterialen zullen een prestatievoordeel en concurrentievoordeel bieden aan early adopters die een versnelde groei zullen stimuleren omdat ze conventionele optica vervangen en aanvullen", schrijven Vicari en Holman.

Ze zien de meest waardevolle markten verschijnen in camera's voor mobiele telefoons en corrigerende lenzen, en zeggen dat hoewel het enige tijd zal duren voordat optische metamaterialen zijn opgeschaald naar de volumes die door dergelijke toepassingen worden vereist, een breed scala aan relatief niche-toepassingen zal zorgen voor voldoende vraag in ondertussen.

"Hoewel de productiekosten snel dalen, zijn ze voor veel toepassingen nog steeds te hoog en de productieschaal te klein", stelt het rapport. "Bovendien zijn er slechts een handvol toonaangevende ontwikkelaars van deze technologie, die op korte termijn een knelpunt kunnen worden voor innovatie en adoptie."