Ультратонкая пластинка кремния – идеальная плоская линза

Специалисты Гарвардской школы технологий и прикладных дисциплин (School of Engineering and Applied Sciences, SEAS) создали плоские объективы, способные фокусировать свет без искажений, свойственных традиционным линзам. Изготовленные ими устройства имеют толщину всего 60 нм, то есть фактически являются двумерными, при этом их способность фокусировки приближается к физическому пределу, налагаемому свойствами дифракции.

Принцип функционирования представленных устройств достаточно очевиден. Вместо того, чтобы создавать фазовые задержки изменяя толщину материала, в котором распространяется свет, исследователи предложили реализовать мгновенный сдвиг фаз непосредственно на поверхности плоской линзы. Для этого они покрыли очень тонкую подложку кремния нанометровым слоем золота, сформировав в нём решетку из рядов V-образных структур, распределенных на поверхности.

При освещении лазером эти образования действуют как наноантенны: захватывают свет и, после короткой задержки, переизлучают его снова. Такие задержки, величина которых точно контролируется для каждой точки поверхности линзы, изменяют направление распространения световых лучей точно так же, как это делает толстая стеклянная линза – но с одним важным отличием. Плоские линзы устраняют оптические искажения, такие как «эффект рыбьего глаза», астигматизм, кома и пр. Соответственно, отпадает необходимость в сложных системах коррекции, а итоговое изображение или сигнал являются полностью точными.

Плоская «метаповерхность» перестраивается под нужную длину волны простым изменением масштаба, угла и расположения антенн.

Новые линзы просты в производстве и работают в широком спектре телекоммуникационных частот – от ближнего ИК-излучения до терагерцевого диапазона. Результаты работы опубликованы в издании Nano Letters.

«В будущем мы сможет заменить практически все громоздкие компоненты в большинстве оптических систем плоскими поверхностями», – прогнозирует первый автор статьи Франческо Аиэта (Francesco Aieta), представлявший в гарвардском проекте Università Politecnica delle Marche (Италия).

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365