Мета-объектив работает в видимом спектре, видит меньше длины волны света
Высокая эффективность ультратонкая плоская линза может заменить тяжелые, громоздкие линзы в смартфонах, фотоаппаратах и телескопы
Дата:
2 июня 2016
Источник:
Гарварда Джон А. Полсон школы инженерных и прикладных наук
Резюме:
Исследователи продемонстрировали первую плоскую линзу, которая работает с высокой эффективностью в пределах видимого спектра света - охватывающих весь диапазон цветов от красного до синего. Объектив может разрешить наноразмерные особенности, разделенных расстояниях, меньших, чем длина волны света. Он использует ультратонкую массив крошечных волноводов, известный как metasurface, который изгибает свет, как она проходит через.
Поделиться:
Кнопки AddThis Обмен
Это схематическое изображение ультратонкой мета-объектив. Линза состоит из nanofins диоксида титана на стеклянной подложке. Мета-линза фокусирует падающий свет (ввод снизу и распространяющегося вверх) на месте (желтой области) меньше, чем длина волны падающего.
Кредит: Питер Аллен / Harvard Джон А. Полсон школы инженерных и прикладных наук
Изогнутые линзы, как и те, в камерах или телескопов, сложены с целью уменьшения искажения и разрешения четкое изображение. Поэтому большой мощности микроскопы являются настолько большими и телеобъективов так долго.
В то время как объектив технологии проделал длинный путь, все еще трудно сделать компактный и тонкий объектив (потереть палец на задней части мобильного телефона, и вы получите ощущение того, как трудно). Но что, если вы могли бы заменить эти стеки с одной плоской - или плоской - линзы?
Исследователи из Гарвардского университета Джон А. Полсон школы инженерных и прикладных наук (SEAS) продемонстрировали первую плоскую линзу, которая работает с высокой эффективностью в пределах видимого спектра света - охватывающих весь диапазон цветов от красного до синего. Объектив может разрешить наноразмерные особенности, разделенных расстояниях, меньших, чем длина волны света. Он использует ультратонкую массив крошечных волноводов, известный как metasurface, который изгибает свет, когда он проходит через, похожий на изогнутую линзу.
Исследование описано в журнале Science .
"Эта технология является потенциально революционным, поскольку он работает в видимой области спектра, что означает, что он обладает способностью заменить линзы во всех видах устройств, от микроскопов до камеры, для дисплеев и мобильных телефонов," сказал Федерико Capasso, Роберт Л. Уоллес профессор прикладной физики и Винтон Hayes старший научный сотрудник в области электротехники и старший автор статьи. "В ближайшее время, metalenses будет производиться в больших масштабах на малую долю от стоимости обычных линз, с использованием литейных, что массовое производство микропроцессоров и микросхем памяти."
"Коррекция хроматической распространения над видимой области спектра эффективным способом, с помощью одного плоского оптического элемента, не было до сих пор вне досягаемости," сказал Бернард Кресс, партнер Оптический архитектор Microsoft, который не был частью исследования. "Metalens развитие группы, Capasso позволяют интеграцию широкополосных систем визуализации в очень компактной форме, что позволяет в последующих поколениях оптических подсистем адресации эффективно жесткие веса, размера, мощности и стоимости такие вопросы, как тех, которые необходимы для AR высокой производительности / VR носимые дисплеи ".
Для того, чтобы сосредоточиться красный, синий и зеленый свет - свет в видимой области спектра - команде нужен материал, который не будет поглощать или рассеивать свет, говорит Роб Девлин, аспирант в лаборатории Capasso и соавтор из бумага.
"Нам нужен был материал, который бы сильно свет оставался с высоким показателем преломления," сказал он. "И для того, чтобы эта технология, чтобы быть масштабируемым, нам нужен материал уже используется в промышленности."
Команда использовала диоксид титана, вездесущий материал, найденный во всем, от краски к солнцезащитный крем, чтобы создать наноразмерный массив гладких и высоким соотношением сторон наноструктур, которые формируют сердце metalens.
"Мы хотели создать единую плоскую линзу с высокой числовой апертурой, то есть он может сфокусировать свет в пятно меньше длины волны," сказал Мохаммадреза Khorasaninejad, постдокторант в лаборатории Capasso и первый автор статьи. "Чем больше плотно вы можете сосредоточиться свет, тем меньше ваш фокусное пятно может быть, что потенциально повышает разрешение изображения."
Команда разработала массив для разрешения структуры меньше длины волны света, около 400 нанометров. В этих масштабах, то metalens может обеспечить лучший фокус, чем государством в данной области коммерческой линзы.
"Нормальные линзы должны быть точно полируются вручную," сказал Вэй Тин Чэнь, соавтора и постдокторант в Capasso Lab. "Любой вид отклонения в кривизне, любая ошибка при сборке делает производительность объектива идти вниз Наш объектив может быть получен в одну стадию. - Один слой литография и у вас есть высокая производительность объектив, со всем, где вы это нужно, чтобы быть ".
"Удивительная поле метаматериалов воспитывающихся много новых идей, но мало реальных приложений пришли до сих пор," сказал Владимир М. Шалаев, профессор электротехники и вычислительной техники в Университете Пердью, который не принимал участия в исследовании. "Группа Capasso с их технико-ориентированный подход делает разницу в этом отношении. Этот новый прорыв решает одну из самых основных и важных задач, делая видимой области диапазона мета-объектив, который удовлетворяет требованиям к высокой числовой апертурой и высокой эффективностью одновременно, что, как правило, трудно достичь ".
Одним из самых интересных потенциальных применений, сказал Khorasaninejad, в носимых оптики, таких как виртуальная реальность и дополненной реальности.
"Любая хорошая система визуализации прямо сейчас тяжело, потому что толстые линзы должны быть уложены друг на друга. Никто не хочет носить тяжелый шлем в течение нескольких часов," сказал он. "Этот метод уменьшает вес и объем и сжимает линзы тоньше, чем лист бумаги. Представьте себе возможности для носимых оптики, гибкие контактные линзы или телескопов в космосе."
Авторы подали патенты и активно проводят коммерческие возможности.
