Мета-поверхность исправляет хроматические аберрации во всех видах линз
Сегодняшние оптические системы — от камер на смартфонах до ультрасовременных микроскопов — используют технологию, которая не сильно изменилась с середины 1700-х годов. Сложные линзы, изобретенные около 1730 года, исправляют хроматические аберрации, которые заставляют линзы фокусировать различные длины волн света в разных местах.
Эти многослойные линзы являются громоздкими, дорогими и требуют точной полировки или формования и очень тщательного оптического выравнивания. Теперь группа исследователей из Школы инженеров и прикладных наук Гарварда Джона А. Полсона (SEAS) задает вопрос: не настала ли пора для обновления?
Исследователи SEAS разработали так называемый метакорректор — однослойную поверхность наноструктур, которая может корректировать хроматические аберрации по видимому спектру и может быть включена в коммерческие оптические системы — от простых линз до высококачественных микроскопов.
Метакорректор устранял хроматические аберрации в коммерческой линзе по всему спектру видимого света. Устройство также работает для суперкомплексных целей с 14 объективами, используемыми в микроскопах с высоким разрешением.
«Наша технология может работать в сочетании с традиционными оптическими компонентами преломления для повышения производительности, значительно снижая сложность и производительность системы для широкого спектра приложений большого объема», — сказал Федерико Капассо, профессор прикладной физики и старший научный сотрудник по электротехнике в SEAS.
В предыдущих исследованиях ученые продемонстрировали, что для манипулирования фазой, амплитудой и поляризацией света и создания новых ультракомпактных оптических устройств, включая плоские линзы, можно использовать метаповерхности, массивы нанопилларов, расположенных на расстоянии менее длины волны. В этом исследовании используются те же принципы для настройки и контроля эффективного показателя преломления каждого нанопиллара, так что все длины волн приводятся метакорректором в одну и ту же точку фокусировки.
«Использование метакорректоров принципиально отличается от традиционных методов коррекции аберрации, таких как каскадные рефракционные оптические компоненты или использование дифракционных элементов, поскольку это связано с разработкой наноструктур», — сказал Александр Чжу, соавтор исследования. «Это означает, что мы можем выйти за рамки материальных ограничений линз и получить гораздо лучшие результаты».
Wei Ting Chen et al. Broadband Achromatic Metasurface-Refractive Optics, Nano Letters (2018). DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b03567