Земляные ломаные металлы открывают путь к новым возможностям в виртуальной и дополненной реальности

Металлы – это плоские поверхности с использованием наноструктур с целью фокусировки света, и они выглядят уместными для преобразования поля оптики путем замены изогнутых объемных линз, принятых в настоящее время в оптических устройствах с простой плоской поверхностью. Однако металлы ограничены спектром света, который они могут оптимально фокусировать.

В настоящее время исследовательская группа из Школы инженеров и прикладных наук Гарварда Джона А. Полсона (SEAS) создала первый в истории один объектив с возможностью фокусировки всего спектра видимого света (включая белый свет) в одном пятно при более высоком разрешении. Это было сделано в традиционных объективах только путем укладки нескольких объективов.

Этот плоский металл – это первый единственный объектив, который может фокусировать весь видимый спектр света, включая белый свет, в том же месте и в высоком разрешающая способность. Он использует массивы нанофинов диоксида титана, чтобы одинаково фокусировать длины волн света и устранять хроматическую аберрацию. КРЕДИТ: Джаред Сислер / Гарвардская SEAS.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Nanotechnology .

Трудно сфокусировать весь видимый спектр, включая белый свет, т. Е. Комбинацию всех цветов в спектре, поскольку каждая длина волны проходит через материалы с отличной скоростью. Например, по сравнению с синими волнами красные длины волн проходят через стекло быстрее, поэтому оба цвета будут достигать одного и того же местоположения в разное время, что приведет к различным очагам. Это приводит к искажениям изображения, называемым хроматическими аберрациями.

Оптические приборы и камеры включают в себя несколько изогнутых линз разной толщины и материалов для исправления этих аберраций, естественно добавляя к основной части устройства.

Металленты имеют преимущества перед традиционными объективами. Металденты тонкие, просты в изготовлении и экономичны. Этот прорыв расширяет эти преимущества во всем видимом диапазоне света. Это следующий большой шаг .

Федерико Капассо, Винтон Хейс Старший научный сотрудник, электротехника, SEAS

Интеллектуальная собственность, связанная с этим исследованием, была защищена Гарвардским управлением развития технологий (OTD), которая изучает возможности коммерциализации.

Металлы, созданные Капассо и его коллегами, включают в себя массивы нанофинов диоксида титана, чтобы одинаково фокусировать световые волны и устранять хроматическую аберрацию. Более ранние исследования показали, что отдельные световые волны могут быть сфокусированы, однако, на отдельных расстояниях, оптимизируя ширину, форму, высоту и расстояние нанофинов. В новейшем дизайне ученые разработали единицы парных нанофинов, которые одновременно регулируют скорость отдельных светлых длин волн. Парные нанофины регулируют показатель преломления на метаповерхности и приспособлены для создания отдельных временных задержек для движения света через отдельные ребра, следя за тем, чтобы все длины волн достигали фокального пятна в одном и том же экземпляре.

Одной из самых больших проблем при проектировании ахроматического широкополосного объектива является обеспечение того, чтобы исходящие длины волн из всех точек металла стали одновременно достигать фокальной точки. Объединив два нанофина в один элемент, мы можем настроить скорость света в наноструктурированном материале, чтобы гарантировать, что все длины волн в видимой области сосредоточены в одном и том же месте, используя один металл. Это значительно снижает толщину и сложность конструкции по сравнению с композитными стандартными ахроматическими линзами .

Вэй Тин Чен, постдокторант, SEAS

" Используя нашу ахроматическую линзу, мы можем выполнять высококачественную визуализацию белого света. Это приближает нас к цели включения их в общие оптические устройства, такие как камеры », – заявил Александр Чжу, соавтор статьи.

В будущем цель команды – увеличить объектив до диаметра почти 1 см. Это расширит приложение, например, приложения в виртуальной и дополненной реальности.

Вышак Саньев, Мохаммадреза Хорасанинежад, Чжуцзюнь Ши и Эрик Ли соавтор исследования. Бюро исследований ВВС частично поддержало это исследование. Исследование было проведено частично в Центре наноразмерных систем (CNS), являющемся членом Национальной координированной инфраструктуры нанотехнологий (NNCI) при поддержке Национального научного фонда.

Source link