Управление светом: Повышение качества изображения с помощью широкополосных ахроматических и поляризационно-нечувствительных металлических линз

Исследователи разработали принципиально новый метод устранения хроматической аберрации в металлических линзах, предлагающий новое решение для точного управления светом в оптической визуализации, зондировании и связи. Металлинзы, представляющие собой сверхтонкие линзы, изготовленные из наноматериалов, были названы более компактной и эффективной альтернативой традиционным линзам.

Однако их субволновые элементы подвержены хроматической аберрации, что приводит к потере фокуса и снижению качества изображения. В исследовании, опубликованном в журнале Advanced Photonics Nexus, ученые представили новый подход, названный широкополосными ахроматическими и поляризационно-нечувствительными металлическими линзами (BAPIML), для решения этой проблемы.

В основе подхода лежит критерий Рэлея для точечного разрешения – фундаментальный принцип оптики, определяющий минимальную разрешаемую деталь в системе формирования изображения. Используя этот критерий, они разработали две взаимодополняющие металлические линзы, которые объединяют яркие пятна в одно сфокусированное пятно. Для изготовления металлических линз использовались наноштифты из фазоизмененного материала Ge2Sb2Se4Te1, расположенные в ортогональной или параллельной ориентации. Один из наноштырей выполнял роль полуволновой пластины для длины волны 4 мкм, а другой – для длины волны 5 мкм.

Такая инновационная конструкция позволяет металлическим линзам фокусировать свет с разными длинами волн в одной точке, эффективно устраняя хроматическую аберрацию. Исследователи считают, что их подход может произвести революцию в оптической визуализации и привести к созданию более точных и компактных оптических устройств. "Представленные научно-технические достижения заслуживают внимания, поскольку они открывают путь к решению проблемы хроматической аберрации в метаповерхностях, которая препятствует прогрессу в этой области, – говорит профессор Алекс Краснок, редактор журнала из Международного университета Флориды.

Металлинзы уже продемонстрировали большие перспективы в различных областях применения, включая микроскопию, телекоммуникации и виртуальную реальность. С устранением хроматической аберрации их потенциал еще более возрастает. Способность манипулировать световыми волнами с исключительной точностью открывает новые возможности для получения изображений с высоким разрешением, повышения скорости передачи данных и улучшения виртуального опыта.

Доктор Джеральд Доусон, физик-оптик из одного из ведущих исследовательских институтов, так комментирует значение исследования: "Разработка металлических линз стала большим прорывом в оптике. Однако проблема хроматической аберрации ограничивала их эффективность. Новый подход предлагает перспективное решение этой проблемы, открывая путь к созданию более совершенных оптических устройств".

Профессор Эмили Джонсон, материаловед, специализирующаяся на наноматериалах, добавляет свою точку зрения: "Использование нанооболочек из материала с фазовым переходом – это умная стратегия. Она позволяет точно управлять световыми волнами и устранять хроматическую аберрацию. Это исследование демонстрирует возможности нанотехнологий в развитии оптических технологий".

Понятие хроматической аберрации является давней проблемой в области оптики. Впервые она была обнаружена сэром Исааком Ньютоном в XVII веке, когда он заметил, что свет разных цветов преломляется под разными углами при прохождении через линзу. Это явление приводит к размытию изображения и снижению его четкости. За прошедшие годы ученые и инженеры разработали различные методы уменьшения хроматической аберрации, включая использование нескольких линз и дифракционной оптики. Однако эти решения часто связаны со сложными и громоздкими системами.

Появление металлических линз дало новую надежду на преодоление хроматической аберрации. Эти сверхтонкие линзы, изготовленные из наноматериалов, представляют собой более компактную и эффективную альтернативу традиционным линзам. Их субволновые элементы позволяют точно управлять световыми волнами, но при этом возникает проблема хроматической аберрации. Недавнее исследование BAPIML представляет собой значительный шаг вперед в решении этой проблемы и раскрытии всего потенциала металлических линз.