Generering af superopløst optisk nål og multifokal array ved hjælp af grafenoxid-metalenser

I en ny udgivelse fra Opto-elektroniske fremskridt , forskere ledet af professor Baohua Jia ved Swinburne University of Technology, Victoria, Australien, Professor Cheng-Wei Qiu ved National University of Singapore, Singapore og professor Tian Lan ved Beijing Institute of Technology, Beijing, Kina overvejede genereringen af ​​superopløst optisk nål og multifokal array ved hjælp af grafenoxid-metalenser.

Ultratynd og let, metalenses bliver stadig vigtigere for deres brug i fotoniske chips, biosensorer og mikrobilledsystemer såsom smartphone-kameraer.

Sammenlignet med konventionelle linser, metalenses kan forbedre billedkvaliteten af ​​nuværende kameraer, ved at forbedre opløsningen og fjerne sfæriske og kromatiske aberrationer. Et enkelt ultratyndt (mindre end tykkelsen på 1/100 af et menneskehår) metalens-element kan bruges i stedet for de billeddannelsessystemer med flere elementer, som kræves af konventionelle linser. På grund af den unikke lys-stof-interaktion i et begrænset 2D-plan, 2D-materialer er ideelle til brug med metalenses, yderligere at reducere den nødvendige tykkelse af linsen. 2D Graphene familie materialer, for eksempel grafenoxider, er luftstabile, har mange anvendelsesmuligheder og er billige og nemme at fremstille i stor skala. De forbliver stabile i ekstreme miljøer, for eksempel lavere kredsløb om jorden i rumfart, så har potentiel brug i satellitter, der erstatter de nuværende omfangsrige linser og forbedrer billedkvaliteten og sænker opsendelsesomkostningerne.

Forfatterne til denne artikel udviklede 200 nm tykke grafenoxid-metalenses til at generere specialiserede fokale intensitetsfordelinger. Grafenoxidmetallenerne har evnen til at kontrollere lysamplitude (dvs. gennemsigtighed af linsen) og fase (brydningsindeks og tykkelse af linsen) samtidigt. Dette adskiller sig fra andre metalenser, som introducerer modulationerne gennem multi-trins nanofabrikation eller multilevel af nano-elementer, moduleringerne af grafenoxidlinser introduceres lokalt af laserfotoreduktionsprocessen, som omdanner grafenoxid til grafenmateriale. Under reduktionsprocessen, materialet bliver tyndere og har et højere brydningsindeks og absorption. Baseret på de samtidige fase- og amplitudemodulationer, Forfatterne demonstrerer præcis kontrol af de fokale intensitetsfordelinger ved at skabe en superopløst ultralang optisk nål og et aksialt multifokalt array, som er ekstremt udfordrende for andre metalenses.

Grafenoxid-metallenses vil finde brede anvendelser i integreret fotonik og kompakte fotoniske systemer, herunder mikroskopisk billeddannelse, optisk manipulation og fotoniske chips, og kan integreres på mikrofluidchips for at danne lab-on-a-chip biofotoniske enheder. Denne forskning danner grundlag for udviklingen af ​​grafen-baserede ultratynde, integrerbare fotoniske enheder og baner vejen for bredere anvendelser, såsom at udskifte den nuværende mobiltelefons kameralinse, hvilket potentielt muliggør en reduktion i tykkelsen af ​​de nuværende mobiltelefoner.