Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.Сфокусировать весь видимый спектр и белый свет — комбинацию всех цветов спектра — настолько сложно, потому что каждая длина волны проходит через материалы с разной скоростью. Например, красные волны будут проходить сквозь стекло быстрее, чем синие, поэтому два цвета будут достигать одного и того же места в разное время, что приведет к разным фокусам.
Это создает искажения изображения, известные как хроматические аберрации.В камерах и оптических приборах для коррекции этих аберраций используются несколько изогнутых линз разной толщины и из разных материалов, что, конечно же, увеличивает габариты устройства.
«Металлы имеют преимущества перед традиционными линзами», — говорит Федерико Капассо, профессор прикладной физики Роберта Л. Уоллеса и старший научный сотрудник по электротехнике SEAS и старший автор исследования Винтон Хейз. «Металлины тонкие, их легко производить и они экономичны. Этот прорыв позволяет использовать эти преимущества во всем видимом диапазоне света. Это следующий большой шаг».
Гарвардское управление технологического развития (OTD) защитило интеллектуальную собственность, относящуюся к этому проекту, и изучает возможности коммерциализации.Metalenses, разработанные Капассо и его командой, используют массивы нанофинков из диоксида титана для равной фокусировки длин волн света и устранения хроматической аберрации.
Предыдущие исследования показали, что свет с разными длинами волн может быть сфокусирован, но на разных расстояниях, за счет оптимизации формы, ширины, расстояния и высоты нановолокон. В этом последнем проекте исследователи создали блоки парных нановолокон, которые одновременно контролируют скорость световых волн разной длины.
Спаренные нановолокна контролируют показатель преломления на метаповерхности и настраиваются таким образом, чтобы приводить к разным временным задержкам для света, проходящего через разные ребра, гарантируя, что все длины волн достигают фокального пятна одновременно.«Одна из самых больших проблем при разработке ахроматической широкополосной линзы — убедиться, что исходящие длины волн из всех различных точек металинзы достигают фокусной точки одновременно», — сказал Вей Тинг Чен, научный сотрудник SEAS и первый Автор статьи. «Объединив две наноластики в один элемент, мы можем настроить скорость света в наноструктурированном материале, чтобы гарантировать, что все длины волн видимого диапазона будут сфокусированы в одном и том же месте, используя одну металинзу.
Это значительно снижает толщину и сложность конструкции по сравнению с композитные стандартные ахроматические линзы ".«Используя наш ахроматический объектив, мы можем получать высококачественные изображения в белом свете. Это приближает нас на шаг ближе к цели включения их в обычные оптические устройства, такие как камеры», — сказал Александр Чжу, соавтор исследования.Затем исследователи стремятся увеличить размер линзы примерно до 1 см в диаметре. Это откроет целый ряд новых возможностей, таких как приложения в виртуальной и дополненной реальности.
Соавторами этой статьи являются Вышах Санджив, Мохаммадреза Хорасанинеджад, Жужун Ши и Эрик Ли. Его частично поддержало Управление научных исследований ВВС США.
Эта работа была частично выполнена в Центре наномасштабных систем (CNS), который входит в Национальную координированную инфраструктуру нанотехнологий (NNCI), которая поддерживается Национальным научным фондом.