Физики из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук (SEAS) создали ультратонкие плоские линзы, которые фокусируют свет, не допуская искажений, присущих традиционным линзам. При толщине всего лишь 60 нм эти линзы являются фактически двумерными, тем не менее, их сила фокуса достигает физических пределов, установленных законами дифракции.
Они работают с длинами волн, широко распространённых в оптоволоконных коммуникациях — от близких к инфракрасному диапазону до терагерцевых длин волн. Важно то, что в производство таких линз не отличается сложностью для современных нанотехнологий.
Слева направо: Франческо Аиэта, Федерико Капассо и Патрик Женеве
«Наши плоские линзы воплощают новый тип технологий, — сказал научный руководитель профессор прикладной физики в SEAS Федерико Капассо (Federico Capasso). — Мы представляем новый способ создания линз. Вместо фазовых задержек при прохождении света через всю толщину материала можно создать мгновенный фазовый сдвиг прямо на поверхности линз. Это очень интересно».
Господин Капассо и его сотрудники в SEAS создали плоские линзы путём покрытия очень тонкой кремниевой пластины нанометровым слоем золота методом электролиза. Далее они частично удалили золотой слой, оставив массив клиновидных структур, равномерно распределённых рядами по всей поверхности. Когда группа исследователей пропустила лазер через плоские линзы, эти структуры действовали наподобие наноантенн, которые на мгновение удерживали входящий свет перед его дальнейшим излучением. Эти задержки, которые точно настроены по всей плоскости линз, изменяют направление света настолько же, как это происходит в выпуклых стеклянных линзах, но с некоторой положительной разницей.
Плоские линзы устраняют оптические искажения вроде эффекта «рыбьего глаза», который возникает на традиционных широкоугольных линзах. Аберрации астигматизма и комы также не возникают. В результате изображение или сигнал очень аккуратные и не нуждаются в использовании каких-либо сложных корректирующих техник. Массив наноантенн, называемый метаповерхностью, может быть настроен под особый тип света или длину волны простым изменением размера, угла и расстояния между антеннами.
«Потенциально в будущем мы сможем заменить всю массу компонентов в большинстве оптических систем плоскими линзами, — сказал ведущий автор проекта Франческо Аиэта (Francesco Aieta), аспирант Политехнического университета в Марке (Италия). — Это, конечно, захватывает воображение».
Слева: микроснимок плоской линзы диаметром 1 мм, выполненных из кремния, её поверхность покрыта концентрическими кольцами золотых оптических наноантенн, которые сообщают проходящим через линзу лучам различные задержки. Справа: раскрашенные кольца, показывающие магнитуду фазового сдвига соответствующих колец (иллюстрация Франческо Аиэта)
Соавторами Аиэта и Капассо в SEAS являются доктор Патрик Женеве (Patrice Genevet) и кандидат наук Наньфан Ю (Nanfang Yu), аспиранты Михаил Кац (Mikhail Kats) и Ромэйн Бланчард (Romain Blanchard) и учёный Зено Габуррл (Zeno Gaburro).
Технология создания плоских линз определяет и сферу их применения: во-первых, на сегодняшний день это оптоволокно и другие технические направления, где применяется лазер; во-вторых, данная оптика в перспективе, при условии доведения прочности и площади до нужных показателей, может использоваться в мобильных устройствах — компактность, отсутствие искажений могут заметно упростить и качественно улучшить оптические системы смартфонов и планшетов. Наконец, слова Франческо Аиэта говорят о том, что в будущем данные покрытия могут быть распространены и на более габаритные линзы фототехники, очков и так далее.
Источник: 3dnews.ru
|
