Мета-поверхность устраняет хроматические аномалии во всех типах линз

. С середины 1700-х годов современные оптические системы – от камер смартфонов до современных микроскопов – используют технологию, которая не сильно изменилась. Сложные линзы, которые были изобретены около 1730 года, исправляют хроматические аномалии, которые заставляют линзы фокусировать различные длины волн света в разных местах. Несмотря на свою эффективность, эти многослойные линзы являются объемными, дорогими и требуют прецизионного формования или полировки и очень тщательного оптического выравнивания. В настоящее время группа исследователей из Школы инженеров и прикладных наук Гарварда Джона А. Полсона (SEAS) спрашивает: не пора ли обновиться?

SEM-образ метакорректора. Показатель преломления каждого нанополя может быть настроен и контролироваться таким образом, чтобы все длины волн были приведены к одной и той же фокальной точке. (Изображение предоставлено Гарвардским SEAS).

Ученые SEAS создали так называемый метакорректор – однослойную поверхность наноструктур, которая может исправить хроматические аномалии в видимом спектре и может быть интегрирована в коммерческие оптические системы – от базовых линз до высококачественных микроскопов. Метакорректор устранял хроматические аномалии в коммерческой линзе во всем спектре видимого света. Устройство также работает для суперкомплексных целей с 14 объективами, используемыми в микроскопах с высоким разрешением.

Исследование описано в Nano Letters .

«Наша технология metacorrector может работать в тандеме с традиционными преломляющими оптическими компонентами для повышения производительности, значительно снижая сложность и производительность системы для широкого спектра приложений большого объема» сказал Федерико Капассо, профессор прикладной физики Роберта Л. Уоллеса и старший научный сотрудник по электротехнике в SEAS и старший автор статьи.

В более раннем исследовании Капассо и его команда показали, что для управления фазой, амплитудой и поляризацией света могут использоваться метаповерхности, массивы нанопиллров, расположенные на расстоянии менее длины волны, и позволяют создавать новые ультракомпактные оптические устройства, таких как плоские линзы. В этом исследовании используются те же принципы для настройки и контроля эффективного показателя преломления каждого нанопиллара, так что все длины волн отрисовываются метакорректором до той же фокальной точки.

«Вы можете представить свет как различные пакеты, которые доставляются с разной скоростью, когда они распространяются в нанопилларах. Мы разработали нанопиллары, чтобы все эти пакеты одновременно попадали в фокальное пятно и с той же временной шириной », – сказал Вэй Тин Чен, научный сотрудник по прикладной физике в SEAS и первый автор статьи.

Использование метакорректоров принципиально отличается от традиционных методов коррекции аберрации, таких как каскадные рефракционные оптические компоненты или с использованием дифракционных элементов, поскольку оно связано с разработкой наноструктур. Это означает, что мы можем выйти за рамки материальных ограничений линз и иметь гораздо лучшие результаты.

Александр Чжу, соавтор исследования и аспирант, SEAS

Далее, ученые стремятся повысить эффективность высокопроизводительных и крошечных оптических устройств.

Управление развития технологий Гарварда защищает интеллектуальную собственность, связанную с этим проектом, и рассматривает возможности коммерциализации.

Эта статья была соавтором Джареда Сислера, Яо-Вэй Хуана, Керолоса М. А. Юсефа, Эрика Ли, Гарвардского университета и Чэн-Вэй Цю, Национального университета Сингапура.

Это исследование было поддержано Управлением научных исследований ВВС и Центром наноразмерных систем (CNS), членом Национальной координированной инфраструктуры нанотехнологий (NNCI), которая поддерживается Национальным научным фондом.

Source link