En ny linse i verden:Forbedring af metalens med flydende krystal

I mere end 500 år, mennesker har mestret kunsten at bryde lys ved at forme glas til linser, derefter bøje eller kombinere disse linser for at forstærke og tydeliggøre billeder enten nærbillede og fjernt.

Men i det sidste årti eller deromkring, en gruppe ledet af videnskabsmanden Federico Capasso ved Harvard University er begyndt at transformere optikområdet ved at konstruere flade optiske metasurfaces, anvender en række millioner små mikroskopisk tynde og gennemsigtige kvartssøjler til at afbøje og forme lysstrømmen på omtrent samme måde som en glaslinse, men uden de aberrationer, der naturligt begrænser glasset.

Teknologien blev valgt som en af ​​Top 10 Emerging Technologies af World Economic Forum (WEF) i 2019, som bemærkede, at disse stadigt mindre, klarere objektiver ville snart begynde at blive set i kameratelefoner, sensorer, optiske fiberlinjer og medicinsk billeddannelsesudstyr, såsom endoskoper.

"Fremstilling af linser brugt af mobiltelefoner, computere og andre elektroniske enheder mindre har været ud over mulighederne for traditionelle glasskærings- og glaskrummeteknikker, "ifølge WEF." ... Disse små, tynd, flade linser kunne erstatte eksisterende voluminøse glaslinser og tillade yderligere miniaturisering i sensorer og medicinsk billedbehandlingsudstyr."

Gør metalenses 'rekonfigurerbare'

Nu, Case Western Reserve University fysikprofessor Giuseppe Strangi og samarbejdspartnere ved Harvard har taget et skridt i retning af at gøre disse "metalenses" endnu mere nyttige - ved at gøre dem rekonfigurerbare.

De gjorde dette ved at udnytte nanoskalakræfter til at infiltrere flydende krystaller mellem disse mikroskopiske søjler, giver dem mulighed for at forme og sprede lyset på helt nye måder - "tuning" af fokuseringskraften, sagde Strangi.

Flydende krystaller er især nyttige, fordi de kan manipuleres termisk, elektrisk, magnetisk eller optisk, hvilket skaber potentialet for de fleksible eller rekonfigurerbare linser.

"Vi mener, at dette holder løftet om at revolutionere optikken, som vi kender den siden 1500 -tallet, " sagde Strangi, hvis Nanoplasm Lab i Case Western Reserve undersøger "ekstrem optik" og "vekselvirkningen mellem lys og stof på nanoskala, "blandt andet.

Indtil for nylig, når en glaslinse blev formet til en stiv kurve, den kunne kun bøje lyset på én måde, medmindre de kombineres med andre linser eller fysisk bevæges, sagde Strangi.

Metalenses ændrede det, da de tillader at konstruere bølgefronten ved at kontrollere fase, amplitude og polarisering af lyset.

Nu, ved at kontrollere den flydende krystal, forskerne har været i stand til at flytte denne nye klasse af metalenser mod nye videnskabelige og teknologiske bestræbelser på at generere rekonfigurerbart struktureret lys.

"Dette er kun det første skridt, men der er mange muligheder for at bruge disse linser, og vi er allerede blevet kontaktet af virksomheder, der er interesserede i denne teknologi, "Sagde Strangi.

Avisen, der annoncerer gennembruddet, blev offentliggjort i begyndelsen af ​​august af Proceedings of the National Academy of Sciences .

Strangi samarbejdede med flere andre forskere i USA og Europa, herunder andre Case Western Reserve -forskere Andrew Lininger og Jonathan Boyd; Giovanna Palermo fra Universita' della Calabria i Italien; og Capasso, Alexander Zhu og Joon-Suh Park fra John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences ved Harvard University.

Lininger sagde, at en del af problemet med de nuværende anvendelser af metasurfaces er, at deres form er fast på produktionsstedet, men "ved at aktivere rekonfigurerbarhed i metasoverfladen, disse begrænsninger kan overvindes. "

Capasso, der var banebrydende inden for flat optics -forskningsfeltet og i 2014 først offentliggjorde forskning om metalenses, krediterede Strangi for ideen om at infiltrere metalenses med flydende krystaller og sagde, at denne innovation repræsenterer et skridt mod endnu større ting.

"Vores evne til reproducerbart at infiltrere med flydende krystaller state-of-the-art metalenses lavet af over 150 millioner glasstænger i nanoskala diameter og væsentligt ændre deres fokusegenskaber er en tegn på den spændende videnskab og teknologi, jeg forventer at komme ud af rekonfigurerbar flad optik i fremtiden, " sagde Capasso.