Flad linse til at arbejde over en kontinuerlig båndbredde giver ny kontrol over lyset

Sidste sommer, forskere ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) annoncerede en ny, flad linse, der kunne fokusere lys med høj effektivitet inden for det synlige spektrum. Linsen brugte en ultratynd række af nanopiller til at bøje og fokusere lyset, når det passerede.

Annonceringen blev hyldet som et gennembrud inden for optik og blev kåret som blandt Science Magazines bedste opdagelser i 2016.

Men objektivet havde en begrænsning - det kunne kun fokusere én farve ad gangen.

Nu, det samme team har udviklet den første flade linse, der fungerer inden for en kontinuerlig båndbredde af farver, fra blå til grøn. Denne båndbredde, tæt på en LED, baner vejen for nye applikationer inden for billedbehandling, spektroskopi og sansning.

Forskningen er publiceret i Nano bogstaver .

En af de store udfordringer ved at udvikle en lejlighed, bredbåndslinsen har korrigeret for kromatisk spredning, fænomenet, hvor forskellige bølgelængder af lys fokuseres i forskellige afstande fra linsen.

"Traditionelle linser til mikroskoper og kameraer - inklusive dem i mobiltelefoner og bærbare computere - kræver flere buede linser for at korrigere kromatiske aberrationer, som tilføjer vægt, tykkelse og kompleksitet, sagde Federico Capasso, Robert L. Wallace professor i anvendt fysik og Vinton Hayes seniorforsker i elektroteknik. "Vores nye banebrydende flade metalens har indbyggede kromatiske aberrationskorrektioner, så der kræves en enkelt linse."

Korrektion for kromatisk dispersion - kendt som dispersion engineering - er et afgørende emne inden for optik, og et vigtigt designkrav i alle optiske systemer, der håndterer lys af forskellige farver. Evnen til at kontrollere den kromatiske spredning af flade linser udvider deres applikationer og introducerer nye applikationer, som endnu ikke har været mulige.

"Ved at udnytte kromatiske aspekter, vi kan have endnu mere kontrol over lyset, " sagde Reza Khorasaninejad, en forskningsassistent i Capasso Lab og førsteforfatter til papiret. "Her, vi demonstrerer akromatiske flade linser og opfinder også en ny type flade linser med omvendt kromatisk spredning. Vi viste, at man kan bryde væk fra begrænsningerne af konventionel optik, tilbyder nye muligheder kun bundet af designerens fantasi."

For at designe en akromatisk linse - en linse uden kromatisk spredning - optimerede teamet formen, bredde, afstand, og højden af ​​nanopillerne, der udgør hjertet af metalens. Som i tidligere undersøgelser, forskerne brugte rigeligt titaniumdioxid til at skabe nanoskalaen.

Denne struktur gør det muligt for metalens at fokusere bølgelængder fra 490 nm til 550 nm, grundlæggende fra blå til grøn, uden kromatisk spredning.

"Denne metode til dispersionsteknik kan bruges til at designe forskellige ultratynde komponenter med en ønsket ydeevne, " sagde Zhujun Shi, en ph.d.-studerende i Capasso Lab og med-førsteforfatter af papiret. "Denne platform er baseret på enkelttrins litografi og er kompatibel med højkapacitetsfremstillingsteknik såsom nano-imprinting."

Harvard's Office of Technology Development har indgivet patentansøgninger på en portefølje af fladlinseteknologier og arbejder tæt sammen med Capasso og medlemmer af hans forskningsgruppe for at katalysere kommercialiseringen af ​​denne teknologi gennem en nystartet virksomhed.