Meta-overflade korrigerer for kromatiske aberrationer på tværs af alle slags linser

Nutidens optiske systemer – fra smartphone-kameraer til banebrydende mikroskoper – bruger teknologi, der ikke har ændret sig meget siden midten af ​​1700-tallet. Sammensatte linser, opfundet omkring 1730, korrigere de kromatiske aberrationer, der får linser til at fokusere forskellige bølgelængder af lys på forskellige steder. Selvom det er effektivt, disse multi-materiale linser er omfangsrige, dyrt, og kræver præcisionspolering eller -støbning og meget omhyggelig optisk justering. Nu, en gruppe forskere ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) spørger:Er det ikke tid til en opgradering?

SEAS forskere har udviklet en såkaldt metacorrector, en enkelt-lags overflade af nanostrukturer, der kan korrigere kromatiske aberrationer på tværs af det synlige spektrum og kan inkorporeres i kommercielle optiske systemer, fra simple linser til high-end mikroskoper. Metakorrektoren eliminerede kromatiske aberrationer i en kommerciel linse over hele spektret af synligt lys. Enheden fungerer også til de superkomplekse objektiver med så mange som 14 konventionelle linser, bruges i højopløsningsmikroskoper.

Forskningen er beskrevet i Nano bogstaver .

"Vores metacorrector-teknologi kan arbejde sammen med traditionelle refraktive optiske komponenter for at forbedre ydeevnen og samtidig reducere systemets kompleksitet og fodaftryk betydeligt, til en bred vifte af applikationer i store mængder" sagde Federico Capasso, Robert L. Wallace professor i anvendt fysik og Vinton Hayes seniorforsker i elektroteknik ved SEAS og seniorforfatter af papiret.

I tidligere forskning, Capasso og hans team demonstrerede, at metasurfaces, arrays af nanopillarer med mindre end en bølgelængde fra hinanden, kan bruges til at manipulere fasen, amplitude og polarisering af lys og muliggør nye, ultrakompakte optiske enheder, inklusive flade linser. Denne forskning bruger de samme principper til at indstille og kontrollere det effektive brydningsindeks for hver nanopiller, så alle bølgelængder bringes af metakorrektoren til det samme brændpunkt.

"Man kan forestille sig lys som forskellige pakker, der leveres med forskellige hastigheder, mens det forplanter sig i nanopillerne. Vi har designet nanopillerne, så alle disse pakker ankommer til brændpunktet på samme tid og med samme tidsmæssige bredde, " sagde Wei Ting Chen, en forskningsassistent i anvendt fysik ved SEAS og første forfatter til papiret.

"Brugen af ​​metakorrektorer er fundamentalt forskellig fra konventionelle metoder til aberrationskorrektion, såsom kaskadende brydende optiske komponenter eller brug af diffraktive elementer, da det involverer nanostrukturteknik, " sagde Alexander Zhu, en kandidatstuderende ved SEAS og medforfatter på undersøgelsen. "Det betyder, at vi kan gå ud over linsernes materialebegrænsninger og have meget bedre ydeevne."

Næste, forskerne sigter mod at øge effektiviteten for high-end og miniature optiske enheder.

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