Новые линзы достигли максимально возможного разрешения

0 1 220

Исследователи разработали оптический объектив с наивысшей числовой апертурой* свободного пространства на сегодняшний день, достигая значения чуть ниже 1. Поскольку числовая апертура указывает на максимально возможное разрешение, которое может достичь объектив, новый объектив может фокусировать с беспрецедентной способностью, а также собирать свет с широких углов. Эти способности должны сделать линзу особенно полезной для приложений с низким уровнем освещенности, таких как однофотонное излучение, которое часто используется в системах квантовой оптики.

Исследователи, возглавляемые Арсением Кузнецовым и Рамоном Паниагуа-Домингесом, в A*STAR (Агентство по науке, технике и исследованиям) и Технологического университета Наньяна в Сингапуре, опубликовали статью о линзе с числовой апертурой 0,99 в недавнем выпуске Nano Letters.

Раньше наибольшая числовая апертура для объектива с свободным пространством составляла 0,95, что соответствует максимальному углу сбора около 72°. Эти линзы были большие и дорогие, и поэтому их нельзя легко масштабировать для работы с очень маленькими системами.

При числовой апертуре 0,99 новая линза имеет как более высокое разрешение, так и больший угол сбора 82°. Новый объектив выполнен из метаповерхности, а не из традиционных материалов для линз. Метаповерхность состоит из субволновых структур и имеет общую толщину менее одной длины света, что приводит к небольшому размеру, который значительно расширяет возможности ее применения.

«Объективы с высокой численной апертурой являются основными оптическими компонентами, которые широко используются в микроскопии, оптических системах обнаружения, оптической литографии, квантовой оптике и т. д.», — сказал Арсений Кузнецов. «Наличие высокой числовой апертуры имеет первостепенное значение для достижения высокого разрешения и высокого уровня обнаружения оптических сигналов.

Смотрите также  Создан самый маленький в мире акселерометр

В настоящее существующие объективы с высокодиапазонными объективами являются громоздкими и дорогими. В своей работе мы показали, что, используя новую концепцию метаповерхностей, основанных на диэлектрических наноантеннах, можно проектировать и реализовывать плоские оптические компоненты, которые могут достигать числовой апертуры выше всех существующих оптических целей, используя устройство толщиной всего в несколько сотен нанометров».

Для демонстрации преимуществ новой линзы исследователи использовали ее для изображения азотных центров в алмазных нанокристаллах размером в несколько десятков нанометров. Полученные изображения показали меньшие пятна по сравнению с изображениями, сделанных с помощью коммерческих объективов с меньшими числовыми апертурами, демонстрируя более высокое разрешение нового объектива.

Исследователи ожидают, что в будущем новый объектив также может быть использован для улучшения фотолитографии, которая используется для производства компьютерных чипов и других устройств с высоким разрешением. Кроме того, ожидается, что новый широкоугольный объектив повысит эффективность процессов однофотонного излучения, которые используются в системах квантовой оптики.

«Мы считаем, что эта новая концепция найдет широкое применение в областях, где важно выявление слабых оптических сигналов», — сказал Кузнецов. «Один пример заключается в квантовой оптике, которая касается систем, содержащих только одиночные или квантовые излучатели, излучающие на однофотонном уровне. Такие плоские линзы не только позволяют обнаруживать слабые оптические сигналы, но также могут работать в экстремальных условиях низких температур и в вакууме, что характерно для экспериментов с квантовой оптикой.

«Еще одним важным направлением применения может быть переносное и мобильное фотонное устройство, где требуется плотная интеграция высокоэффективных оптических компонентов. Например, линзы могут находить приложения в камерах для мобильных телефонов и очках дополненной реальности».

Смотрите также  Новый датчик обнаруживает образование льда на самолете в режиме реального времени

Больше информации: Ramón Paniagua-Domínguez et al. «A Metalens with a Near-Unity Numerical Aperture.» Nano Letters 18, 2124–2132 (2018). DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b00368 

*Апертура  — (в оптике) характеристика оптического прибора, описывающая его способность собирать и противостоять дифракционному размытию деталей изображения. 

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x