Ennätysmäisiä metalinssejä

Kuvaus kalaverkkomaisesta metalinssistä ja yksikkösolusta. Metalinssi on valmistettu titaanidioksidista.

UC Berkeleyn tutkijat ovat luoneet erittäin ohuen, litteän optisen linssin, jonka suorituskyky voi lopulta kilpailla markkinoilla olevien isoimpien, perinteisten linssien suorituskyvyn kanssa.

Kehitys voisi johtaa pelin muuttavaan edistykseen aurinkoenergiassa, virtuaalitodellisuusteknologiassa, lääketieteellisessä kuvantamisessa ja muissa optiikkaan perustuvissa sovelluksissa.

Tutkijat kuvasivat uudet metalinssinsä Nature Communications -lehdessä. Linssin paksuus on 350 nanometriä, hyötysuhde 70% infrapunavalosta näkyvän valon taajuuksille.

"Tämä on ensimmäinen fotoniikkajärjestelmä, jolla on näin laaja kaistanleveys ja hyvät hyötysuhteet erittäin ohuessa litteässä linssissä", sanoi tutkimuksen päätutkija Boubacar Kanté. "Tämä on yksinkertaisesti maailman ohuin, tehokkain ja laajakaistaisin litteä linssi."

Optisten linssien koko ja paino ovat asettaneet merkittäviä esteitä pyrkimyksissä minimoida optoelektroniikka ja muita laitteita. Perinteiset linssit kykenevät vangitsemaan 65–75% tulevasta valosta, mutta ne ovat suhteellisen raskaita ja alttiita kromaattisille poikkeavuuksille, vääristymille, jotka johtuvat taitekertoimen riippuvuudesta valon väristä.

Litteät linssit käyttävät valon taivuttamiseen suunniteltuja malleja ja erilaisten metamateriaalien ominaisuuksia. Ne vetoavat tutkijoihin, koska sellaiset metalinssit kykenevät manipuloimaan valoa alle aallonpituuksien asteikolla ja ne voivat voittaa kromaattiset poikkeamat, mutta vain hyvin kapealla valon kaistalla. Tähän asti.

Litteäksi tekeminen on usein tarkoittanut linssien suorituskyvyn uhraamista. Aikaisemmat metalinssit tuottivat vain 20–40% hyötysuhteen linsseillä, joiden paksuus oli 600–800 nanometriä. Paperiarkki on noin 100 000 nanometriä paksu.

Tutkijoiden innovatiivinen ratkaisu parantaa litteiden metalinssien valonkaappauskykyä oli luoda akromaattinen kalaverkkomainen kuviointi ja perinteisen linssin kaarevuuden jäljittelemiseksi he hyödynsivät gradienttia, jossa keskelle muodostettiin pienempiä reikiä ja reunoille suurempia reikiä.

He osoittivat kalaverkko-akromaattisten metalinssiensä kykyä kaapata 70% tulevasta valosta taajuuksilla, jotka vaihtelevat 640 nanometristä (punertavan oranssi valo) 1200 nanometriin (infrapunavalo). Kalaverkkomaiseen metalinssin sisään kulkeva valo aallonpituuden leveällä oktaavin kaistalla keskittyisi yhteen pisteeseen linssin toisella puolella.

"Olemme erittäin innoissamme näistä tuloksista, koska monet sovellukset vaativat useiden aallonpituuksien samanaikaista käsittelyä laajassa spektrissä", Kanté sanoi. "Tämä pätee aurinkoenergian sovelluksiin, joissa meidän on keskitettävä kaikki valon värit tehokkaille aurinkokennoille tai auringonvalon keskittimille."

Kevyemmät metalinssit vähentävät myös tehonkulutusta useissa sovelluksissa, Kanté sanoi. Esimerkiksi satelliiteissa, joissa jokainen unssi lasketaan, metalinssit olisivat omiaan korvaamaan perinteiset.

Hyvä seuraava askel, Kanté sanoi, olisi kehittää prosesseja, jotka voisivat laajentua laajemman mittakaavan tuotantoon.

Aiheesta aiemmin: Metalinssit ja mikromekaniikka uudistavat optiikan