Idealna soczewka z metamateriału - bez wad optycznych i płaska jak kartka papieru

Wyobraźcie sobie soczewkę, która jest pozbawiona wszelkich wad doskwierających zwykłym tego typu elementom stosowanym w urządzeniach optycznych. Taką, która na dodatek ma 60 nanometrów grubości. Prototyp takiego elementu optycznego skonstruowano na Uniwersytecie Harvarda.

W instytutach naukowych od dawna prowadzi się prace nad metamateriałami. Wbrew przekonaniom niektórych osób, nie łamią one praw fizyki, a jedynie wykorzystują je do granic możliwości. W efekcie mogą one działać w niespotykany w naturze sposób, na przykład odwrotny (przykładem są materiały o ujemnym współczynniku załamania).

Działanie metamateriałów zwykle ma związek z oddziaływaniem na fale elektromagnetyczne. Dzięki metamateriałom być może w przyszłości powstaną tak abstrakcyjne urządzenia, jak znane z science-fiction systemy maskowania.

Francesco Aieta, Federico Capasso oraz Patrice Genevet

Tymczasem zespół badaczy ze Szkoły Inżynierii i Nauk Stosowanych na Harvardzie (SEAS), w którym pracują naukowcy z Włoch i Stanów Zjednoczonych, skupił się na codziennych zastosowaniach i opracował dwuwymiarową metapowierzchnię o własnościach bardzo pożądanych przez producentów wielu urządzeń, które wykorzystują elementy optyczne.

Zbudowana na jej bazie soczewka, działa podobnie jak szklana, ale pozbawiona jest wad optycznych takich jak aberracje, koma i astygmatyzm. Nawet efekt rybiego oka, charakterystyczny dla szkieł o bardzo krótkiej ogniskowej nie występuje w przypadku nowego typu soczewki. Ostrość obrazu jest limitowana jedynie kryterium dyfrakcyjnym.

Dwuwymiarowa płaska soczewka wykonana została z supercienkiej warstwy krzemu, w której znalazły się bardzo blisko rozmieszczone elementy ze złota o kształcie litery V, które działają jak nanoanteny. Wprowadzają one przesunięcia fazowe do padającej wiązki światła, co daje efekt taki sam jak ogniskowanie za pomocą zwykłej soczewki.

Najciekawsze w tym wszystkim jest to, że grubość tej soczewki wynosi jedynie 60 nanometrów. Można ją dostosować do poprawnej pracy w zakresie fal sięgającym od podczerwieni do fal o częstotliwościach terahercowych (THz). Przyda się ona nie tylko w telekomunikacji (światłowody). Można pomyśleć o wykorzystaniu takich soczewek w układach optycznych, znanych jako obiektywy, które wykorzystywane są w fotografii.

Oczywiście jak to zwykle bywa w przypadku informacji o takich niezwykłych dokonaniach, na masową produkcję płaskich soczewek będziemy musieli jeszcze długo poczekać.

Więcej o ciekawych i przydatnych nowych technologiach:

• Innovega iOptik: dwuogniskowe soczewki kontaktowe zainteresowały Pentagon
• Ustaw ostrość po zrobieniu zdjęcia
• Pamięć DNA przechowa exabajty danych przez miliardy lat
• Applied Endura Amber PVD: jak połączyć tranzystory w układach o skali 10 nm i mniejszej
• OLED spintroniczny: nowa technologia i nadzieja na tańsze i jaśniejsze wyświetlacze organiczne

Źródło: SEAS, diagram Francesco Aieta, foto Eliza Grinnel