Первая плоская линза, фокусирующая свет без искажений
 Группа исследователей, предложившая первую в мире плоскую линзу, лишенную монохроматических аберраций. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
В обычной оптической линзе свет распространяется быстрее в периферических областях, нежели в центре из-за того, что в стекле фазовая скорость света меньше, чем в воздухе. На практике такое распределение скоростей порождает преломление света и его фокусировку. Таким образом, большинство оптических устройств на сегодняшний день достаточно громоздки, поскольку изменение направления распространения падающего светового луча требует оптического элемента определенной толщины.
Похоже, ученые из США придумали способ уменьшить геометрические размеры оптических устройств. Исследователи из Harvard School of Engineering and Applications (США) предложили новую линзу, где преобразование направления распространения света осуществляется с помощью плоской структуры всего лишь 60 нм толщиной. Новая ультратонкая линза отличается от обычных оптических устройств тем, что ее поверхность покрыта оптически тонкими элементами, получившими название «оптических антенн». Эти антенны позволяют вносить небольшую задержку фазы в рассеиваемый луч света. Как поясняют сами ученые, антенны представляют собой не более чем резонатор, который «хранит» свет некоторое время, а после небольшой задержки «выпускает» его. Эта самая временная задержка изменяет направление распространения луча таким же образом, как и толстые стеклянные линзы. Таким образом, если поверхность плоской линзы структурировать антеннами различной формы и размеров, ориентированными в соответствующих направлениях, можно получить эффект фокусировки падающего света в одной единственной точке. Поверхностная структура может быть настроена под конкретную длину волны путем изменения размера, угла и расстояния между наноантеннами.
На практике ученые создали подобную линзу путем осаждения нанометрового слоя золота. Позже часть золота была удалена при помощи электронно-лучевой литографии, так что на поверхности кремниевой пластины остались равномерно распределенные V-образные структуры (наноантенны). Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.
Предложенный оптический элемент, в отличие от классических линз со сферическими поверхностями, не страдает от искажений изображения, известных как монохроматические аберрации. Это условие выполняется, даже если световые лучи попадают на линзу далеко от ее оптической оси или под большим углом к ней, причем, без дополнительных корректирующих методов.
Наиболее очевидным приложением для созданного оптического элемента является фотография и микроскопия, а также другие области, где стеклянные линзы могут быть заменены плоскими. В связи с этим научная группа завалена заявками от астрономов и фотографов со всего мира. Хотя пока эффективность фокусировки созданной линзы не так велика, она может быть легко увеличена путем увеличения плотности расположения наноантенн на поверхности кремния. Также пока линза работает только с одной длиной волны. По мнению исследователей, эта проблема может быть решена уже в ближайшее время путем организации различных сложных антенн на поверхности.
В ближайшем будущем ученые планируют повысить эффективность производства устройств, применив вместо трудоемкого метода электронно-лучевой литографии новые техники нанолитографии, пригодные для массового производства.
Также по теме:
- В лаборатории создан супер-искривленный свет
- Поверхность воды изгибается под действием лазера
- Предложена новая методика борьбы с бактериальной инфекцией, поселяющейся на контактных линзах
- Области наноотверстий позволяют создать новый тип линз
- В США отмечен рост заболеваемости близорукостью
Источники: