Holey metalens! Ny metalens fokuserer lyset med ultradybe huller

Metasurfaces er strukturer i nanoskala, der interagerer med lys. I dag, de fleste metaoverflader bruger monolitlignende nanopillarer til at fokusere, forme og styre lyset. Jo højere nanopøjlen, jo længere tid det tager for lys at passere gennem nanostrukturen, giver metaoverfladen mere alsidig kontrol over hver lysfarve. Men meget høje søjler har en tendens til at falde eller hænge sammen. Hvad hvis, i stedet for at bygge høje strukturer, gik du den anden vej?

I en nylig avis, forskere ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) udviklede en metasurface, der bruger meget dyb, meget smalle huller, snarere end meget høje søjler, at fokusere lys til et enkelt sted.

Forskningen er publiceret i Nano bogstaver .

Den nye metasurface bruger mere end 12 millioner nålelignende huller boret i en 5-mikrometer siliciummembran, omkring 1/20 af hårets tykkelse. Diameteren af ​​disse lange, tynde huller er kun et par hundrede nanometer, gør billedformatet - forholdet mellem højde og bredde - næsten 30:1.

Det er første gang, at huller med et så højt billedformat er blevet brugt i meta-optik.

"Denne tilgang kan bruges til at skabe store akromatiske metalenheder, der fokuserer forskellige farver af lys til det samme brændpunkt, baner vejen for en generation af flad optik med højt billedformat, inklusive akromatiske metalenses med bredbånd til store områder, sagde Federico Capasso, Robert L. Wallace professor i anvendt fysik og Vinton Hayes seniorforsker i elektroteknik ved SEAS og seniorforfatter af papiret.

"Hvis du prøvede at lave søjler med dette billedformat, de ville falde om, " sagde Daniel Lim, en kandidatstuderende ved SEAS og medførsteforfatter af papiret. "Holey-platformen øger det tilgængelige aspektforhold af optiske nanostrukturer uden at ofre mekanisk robusthed."

Ligesom med nanopiller, som varierer i størrelse for at fokusere lyset, den holey metalens har huller af varierende størrelse præcist placeret over 2 mm linsediameteren. Variationen i hulstørrelsen bøjer lyset mod objektivets fokus.

"Holey metasurfaces tilføjer en ny dimension til linsedesign ved at kontrollere indeslutningen og udbredelsen af ​​lys over et bredt parameterrum og gør nye funktionaliteter mulige, sagde Maryna Meretska, en postdoc ved SEAS og medførsteforfatter af papiret. "Huller kan udfyldes med ikke-lineære optiske materialer, hvilket vil føre til generering af flere bølgelængder og manipulation af lys, eller med flydende krystaller for aktivt at modulere lysets egenskaber."

Metalenserne blev fremstillet ved hjælp af konventionelle halvlederindustriprocesser og standardmaterialer, gør det muligt at fremstille den i skala i fremtiden.

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