Táto plochá metašošovka je prvou šošovkou, ktorá dokáže zaostriť celé viditeľné spektrum svetla - vrátane bieleho svetla - na rovnakom mieste a vo vysokom rozlíšení. Používa skupinu nanoplôšok oxidu titaničitého na rovnomerné zaostrenie vlnových dĺžok svetla a elimináciu chromatickej aberácie.
Metašošovky - ploché povrchy, ktoré využívajú nanoštruktúry na zaostrenie svetla - sľubujú, že budú revolúciou v optike tým, že nahradia objemné zakrivené šošovky, ktoré sa v súčasnosti používajú v optických zariadeniach s jednoduchým rovným povrchom. Metašošovky však boli obmedzené v rozsahu svetelného spektra, ktoré môžu dobre zaostriť. Tím výskumníkov na Harvardskej škole Inžinierstva a Aplikovanej vedy (SEAS) John A. Paulsonovej vyvinul prvú metašošovku, ktorá dokáže zaostriť celé viditeľné spektrum svetla - vrátane bieleho svetla - na rovnakom mieste a vo vysokom rozlíšení. Toto sa dosahovalo len konvenčnými šošovkami tým, že sa do optickej sústavy zložili viaceré šošovky.
Výskum bol publikovaný v magazíne Nature Nanotechnology.
Zaostrenie celého viditeľného spektra a bieleho svetla - ktoré je kombinácia všetkých farieb spektra - je tak náročné, pretože každá vlnová dĺžka sa pohybuje materiálmi rôznymi rýchlosťami. Červené vlnové dĺžky sa napríklad budú pohybovať cez sklo rýchlejšie ako modré, takže obe farby dosiahnu rovnaké miesto v rôznych časoch, čo má za následok odlišné ohniská. Tým sa vytvárajú deformácie obrazu známe ako chromatické aberácie.
Credit: Jared Sisler / Harvard SEAS
Kamery a optické prístroje používajú niekoľko zakrivených šošoviek rôznych hrúbok a materiálov na korekciu týchto odchýlok, čo samozrejme pridáva zariadeniam na objeme. "Metašošovky majú oproti tradičným šošovkám viaceré výhody," hovorí Federico Capasso, profesor aplikovanej fyziky a na SEAS a hlavný autor výskumu. "Metašošovky sú tenké, ľahko vyrobiteľné a cenovo efektívne. Tento prielom rozširuje tieto výhody do celého rozsahu viditeľného svetla. Toto je ďalší veľký krok."
Harvardský úrad technologického rozvoja (OTD) chránil duševné vlastníctvo súvisiace s týmto projektom a skúma možnosti jeho komercializácie. Metašošovky vyvinuté Federicom Capassom a jeho tímom používajú nanoplôškové vrstvy oxidu titaničitého na rovnaké zaostrenie vlnových dĺžok svetla a elimináciu chromatickej aberácie. Predchádzajúci výskum ukázal, že rôzne vlnové dĺžky svetla môžu byť zaostrené na rôzne vzdialenosti optimalizáciou tvaru, šírky, vzdialenosti a výšky nanoplôšok. V tomto najnovšom dizajne výskumníci vytvorili jednotky párových nanoplôšok, ktoré súčasne riadia rýchlosť rôznych vlnových dĺžok svetla. Párové nanoplôšky riadia index lomu na metaploche a sú naladené tak, aby viedli k rôznym časovým oneskoreniam pre svetlo prechádzajúce cez rôzne plôšky, čím sa zabezpečí, že všetky vlnové dĺžky dosiahnu ohnisko súčasne.
"Jednou z najväčších výziev pri navrhovaní achromatickej širokopásmovej šošovky je zabezpečenie toho, aby odchádzajúce vlnové dĺžky zo všetkých bodov metašošovky dorazili do ohniska súčasne," povedal Wei Ting Chen, postdoktorand na SEAS a prvý autor článku. "Spojením dvoch nanoplôšok do jediného prvku môžeme naladiť rýchlosť svetla v nanoštruktúrovanom materiáli, aby sme zabezpečili, že sa všetky vlnové dĺžky vo viditeľnom sústreďujú na rovnakom mieste s použitím jedinej šošovky. To dramaticky znižuje hrúbku a zložitosť dizajnu v porovnaní s kompozitnými štandardnými achromatickými šošovkami."
"Pomocou nášho achromatického objektívu sme schopní vykonať vysokokvalitné zobrazovanie s bielym svetlom. To nám privádza o krok bližšie k cieľu ich začlenenia do bežných optických zariadení, ako sú napríklad kamery," povedal Alexander Zhu, spoluautor štúdie.
Aktuálne sa výskumníci snažia zväčšiť šošovku o na priemer približne 1 cm. Tým by sa pre ňu otvoril celý rad nových možností, ako sú aplikácie vo virtuálnej a rozšírenej realite.
Spoluautormi článku boli Vyshakh Sanjeev, Mohammadreza Khorasaninejad, Zhujun Shi, a Eric Lee. Čiastočne výskum podporil Air Force Office of Scientific Research. Výskum bol čiastočne prevedený v Centre pre nanoskopické systémy (CNS), člena National Nanotechnology Coordinated Infrastructure (NNCI), ktorú podporuje National Science Foundation.
Autor tlačovej správy: Leah Burrows
Zdroj: www.seas.harvard.edu
PCfans
elemír
Omenemo
Peri Mateé