Металинзы обещают потенциал для смены парадигмы традиционных оптических устройств. Они состоят из крошечных, похожих на антенны узоров на поверхности, которые могут фокусировать свет для увеличения удаленных объектов так же, как традиционные изогнутые стеклянные линзы, но они имеют то преимущество, что они плоские. Размеры апертуры металинз обычно ограничены сотнями микрометров из-за широко используемых методов изготовления, что ограничивает их использование в практических оптических устройствах, таких как телескопы. Исследователи впервые продемонстрировали высокоэффективный однолинзовый телескоп с преломляющей металлической линзой. Их металинза работает в ближней инфракрасной области с почти дифракционно-ограниченными размерами фокусного пятна и высокой пиковой эффективностью фокусировки 80,84%. На основе металинзы построили однолинзовый телескоп и получили изображения лунной поверхности,
**llens, способный отображать удаленные объекты">
Демонстрация металинзового телескопа доказывает захватывающий потенциал метаповерхностей и может открыть новые возможности для областей, связанных с большими оптическими системами, включая науки о Земле, наблюдения за планетами и астрофизические науки. Изображение предоставлено: Zhang et al ., doi: 10.1021/acs.nanolett.2c03561.
«Обычные объективы камер или телескопов имеют изогнутую поверхность различной толщины, где у вас есть выпуклость посередине и более тонкие края, что делает объектив громоздким и тяжелым», — сказал доктор Синцзе Ни, исследователь из Университета штата Пенсильвания. .
«Meta**lenses используют наноструктуры на линзах вместо кривизны для контура света, что позволяет им лежать плоско».
«Это одна из причин, по которой объективы камер современных мобильных телефонов выступают из корпуса телефона: толщина линз занимает много места, хотя они кажутся плоскими, поскольку спрятаны за стеклянным окном».
Металлические линзы обычно изготавливаются с использованием электронно-лучевой литографии, которая включает сканирование сфокусированного луча электронов на кусок стекла или другую прозрачную подложку для создания узоров, подобных антеннам, точка за точкой.
Однако процесс сканирования электронным лучом ограничивает размер линзы, которую можно создать, поскольку сканирование каждой точки занимает много времени и имеет низкую пропускную способность.
Чтобы создать линзу большего размера, доктор Ни и его коллеги адаптировали метод изготовления, известный как фотолитография в глубоком ультрафиолете (DUV), который обычно используется для производства компьютерных микросхем.
«Фотолитография DUV — это процесс с высокой производительностью и высокой производительностью, который может производить множество компьютерных микросхем за считанные секунды», — сказал доктор Ни.
«Мы обнаружили, что это хороший метод изготовления металинз, поскольку он позволяет создавать узоры гораздо большего размера, сохраняя при этом мелкие детали, что позволяет линзе работать эффективно».
**llens, способный отображать удаленные объекты">Чжан и др. сделали снимки лунной поверхности с помощью своего металлического телескопа с большой апертурой. Изображение предоставлено: Синцзе Ни.
Исследователи модифицировали метод с помощью собственной новой процедуры, называемой вращающейся пластиной и сшиванием.
Они разделили пластину, на которой была изготовлена металинза, на четыре квадранта, которые далее были разделены на области размером 22 на 22 мм — меньше, чем стандартная почтовая марка.
Используя литографическую машину DUV, они проецировали узор на один квадрант через проекционные линзы, которые затем поворачивали на 90 градусов и снова проецировали.
Они повторяли вращение до тех пор, пока все четыре квадранта не образовали узор.
«Этот процесс экономически эффективен, поскольку маски, содержащие данные шаблона для каждого квадранта, можно использовать повторно благодаря вращательной симметрии металинзы», — сказал доктор Ни.
«Это снижает производственные и экологические затраты на метод».
По мере увеличения размера металинзы цифровые файлы, необходимые для обработки узоров, становились значительно больше, что потребовало бы много времени для обработки литографической машиной DUV.
Чтобы решить эту проблему, ученые сжали файлы, используя аппроксимацию данных и ссылаясь на неуникальные данные.
«Мы использовали все возможные методы, чтобы уменьшить размер файла», — сказал доктор Ни.
«Мы определили идентичные точки данных и сослались на существующие, постепенно уменьшая данные, пока у нас не появился пригодный для использования файл для отправки на машину для создания металинзы».
Используя новый метод изготовления, ученые разработали однолинзовый телескоп и получили четкие изображения лунной поверхности, добившись большего разрешения объектов и гораздо большего расстояния изображения, чем у предыдущих металинз.
Однако, прежде чем эту технологию можно будет применить к современным камерам, они должны решить проблему хроматической аберрации, которая вызывает искажение и размытость изображения, когда в объектив попадают разные цвета света, преломляющиеся в разных направлениях.
«Мы изучаем более мелкие и сложные конструкции в видимом диапазоне и будем компенсировать различные оптические аберрации, включая хроматические аберрации», — сказал доктор Ни.
**llens, способный отображать удаленные объекты">
**llens, способный отображать удаленные объекты">Чжан и др. сделали снимки лунной поверхности с помощью своего металлического телескопа с большой апертурой. Изображение предоставлено: Синцзе Ни.