Flade linser med et twist

Overlejring af to filmlag mønstret med et nanoskala -array kan manipulere spredning af lys for at skabe en kraftig ultratynd linse.

Ultratynde nanostrukturerede film, der kontrollerer lysudbredelsen, giver mulighed for at integrere optiske komponenter i bærbare og bærbare elektroniske enheder. Vridning af en stak af sådanne film giver et enkelt middel til at kontrollere deres adfærd og ydeevne, Det viser KAUST-forskning.

En overflade mønstret med en række strukturer i nanometer-skala kan ændre lysets egenskaber, der passerer gennem den. Hvert element i arrayet opfører sig som en lille antenne, der styrer lysets lokale fase; det er den relative position af lysbølgen i dens oscillerende cyklus. Disse ultratynde lag kaldes metalenses, fordi de kan fokusere lys ligesom en konventionel, omend meget tykkere, glas linse, samtidig med at den er mere funktionel.

"Denne teknologi kan vilkårligt forme lyset pixel for pixel, hvilket er umuligt for konventionelle linser på grund af fabrikationsbegrænsninger, " siger kandidatstuderende Ronghui Lin. "Metalens-teknologien har potentialet til at erstatte de enorme linsesamlinger, der bruges i professionelle reflekskameraer, med en linse så tynd som et postkort."

En udfordring i udviklingen af ​​multifunktionelle metalenses er deres begrænsede effektivitet. En mulig måde at forbedre dette på er at stable metalerne. Ved at gøre dette, Lin og hans vejleder, Xiaohang Li, opdaget, at nyt fænomen kan aktiveres, når det ene metal lægges oven på det andet.

Holdet kiggede på en metaller med en overflade dækket af en række finner eller cylindre med et elliptisk tværsnit. Ved at variere disse finneres relative orientering, linsen kan tilføje en geometrisk fase til indgående cirkulært polariseret lys. "Overvej rotationen af ​​viserne på et ur, som vender tilbage til det samme sted hver dag, " forklarer Lin. "Rotationsvinklen for disse nanofiner fungerer på lignende måde. Når lys passerer gennem disse strukturer, dens fase eller 'tid' ændres." Graden af ​​ændring afhænger af nanofin-rotationen. Dette er et kraftfuldt værktøj til at manipulere cirkulært polariseret lys.

Lin og Li brugte en matematisk metode kaldet finite-difference tidsdomæne-simuleringer til at modellere lysudbredelse i et metalens-system bestående af to stablede faseelementer. Deres resultater viste, at ved at vride den relative justering af de to lag, et fænomen, der ligner Moiré -effekten, kan observeres (se billedet herunder). Holdet brugte dette fænomen til at udvikle en bifokal metalens med kontrollerbar brændvidde og intensitetsforhold. "Vi mener, at denne flerlags metalens arkitektur også kan gælde for andre systemer og opnå mere komplicerede funktionaliteter, "siger Lin.