Multifunktionel metalens låses op med lys

Forskere ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) har udviklet en flad optisk komponent, der samtidig er en metalens, et mikroskopobjektiv, der kan opløse detaljer, der er mindre end en bølgelængde af lys, og en optisk hvirvel- og hologramgenerator. Hver funktionalitet styres af en forskellig bølgelængde af lys.

"Den nye flade optiske enheds gennembrud er, at den radikalt kan ændre sin funktion baseret på bølgelængden af ​​lys, den reflekterer, sagde Federico Capasso, Robert Wallace professor i anvendt fysik ved SEAS og seniorforfatter af forskningen. "Ved at binde funktionalitet til bølgelængde, vi har åbnet en hel række nye muligheder for metasurfaces."

Forskningen blev offentliggjort i Nano bogstaver .

"I denne undersøgelse, vi afkoblede funktioner ved forskellige bølgelængder, " sagde Zhujun Shi, første forfatter af papiret og kandidatstuderende ved SEAS. "Sammenlignet med tidligere flade optiske enheder, denne enhed har en ekstra grad af frihed, som du kan indstille på forskellige bølgelængder. For eksempel, i én farve, denne linse opfører sig som en traditionel metalens, men ved en anden bølgelængde, det genererer en hvirvelstråle."

Harvard Office of Technology Development har beskyttet den intellektuelle ejendomsret i forbindelse med dette projekt og undersøger kommercialiseringsmuligheder.

Objektivet bygger på tidligere teknologi udviklet i Capasso Lab, som brugte forskelligt polariseret lys til at ændre funktionen af ​​en linse. Men da der kun er to former for cirkulært polariseret lys - med uret eller mod uret - kunne forskerne kun indlejre to forskellige funktioner i metasoverfladen.

"Ved at styre enhedsfunktionen med bølgelængde, snarere end polarisering, der er bundet til to tilstande, vi har dramatisk øget linsens informationskapacitet, " sagde Mohammadreza Khorasaninejad, med-førsteforfatter af papiret og tidligere postdoc i Capasso Lab. "Med denne teknologi, vi demonstrerede en akromatisk metalens i blåt, grøn, gule og røde bølgelængder, to strålegeneratorer, og et fuldfarvet hologram."

Selvom dette ikke er den første linse, der binder funktion til bølgelængde, det er det mest effektive. Tidligere bølgelængdeafhængige metalenses kodede forskellige funktioner i forskellige områder af overfladen; for eksempel, rødt lys ville blive fokuseret i én kvadrant og blåt lys i en anden.

Med denne teknologi, Shi og resten af ​​teamet konstruerede de individuelle optiske elementer i nanoskala for at integrere funktionalitet på lokalt niveau, på tværs af hele linsen.

"Ved at kode alt lokalt, i et enkelt lag, vi forbedrede effektiviteten fra 8 procent demonstreret i tidligere bølgelængdeafhængige metasurfaces til mere end 30 procent, " sagde Yao-Wei Huang, medførsteforfatter af papiret og postdoc ved SEAS.

Næste, holdet sigter mod at forbedre denne effektivitet endnu mere og udvikle en transmitterende, snarere end en reflekterende linse.