Insinyur membuat logam multi-lapisan yang memfokuskan beberapa panjang gelombang. Desain dapat merevolusi perangkat optik portabel.
Para peneliti telah memperkenalkan cara baru untuk membuat lensa berwarna-warni yang dapat membuka jalan bagi generasi optik dari kinerja kompak, berbiaya rendah, dan berkinerja tinggi untuk teknologi portabel seperti drone dan smartphone.
Menurut Mr. Joshua Jordaan, studi penulis pertama tentang Sekolah Penelitian Fisika di Universitas Nasional Australia dan pusat keunggulan ARC untuk sistem meta-optik transformatif (TMO), desainnya menggunakan lapisan yang ditumpuk dari Metamaterial. Lapisan -lapisan ini memungkinkan untuk memfokuskan beberapa panjang gelombang dari sumber cahaya yang tidak terpolarisasi melintasi diameter lebar, membahas salah satu kelemahan utama logam tradisional.
“Desain kami memiliki banyak fitur bagus yang membuatnya berlaku untuk perangkat praktis.”
“Mudah diproduksi karena memiliki rasio aspek rendah dan setiap lapisan dapat dibuat secara individual dan kemudian dikemas bersama, itu juga tidak sensitif, dan memiliki potensi untuk diukur melalui platform nanofabrikasi semikonduktor yang matang,” kata Jordaan.
Proyek ini dipimpin oleh para peneliti dari University of Friedrich Schiller Jena di Jerman sebagai bagian dari kelompok pelatihan penelitian internasional meta-aktif. Makalah yang melaporkan desain baru mereka diterbitkan Optical Express.
Mengatasi satu batas lapisan
Metaleneses hanyalah sebagian kecil dari lebar rambut, membuatnya jauh lebih tipis daripada lensa tradisional. Mereka juga dapat direkayasa dengan fitur -fitur seperti focal length yang tidak dapat dicapai dengan menggunakan desain optik standar.
Tn. Joshua Jordaan menjelaskan bahwa tim pertama kali mencoba memfokuskan beberapa panjang gelombang hanya menggunakan satu lapisan, tetapi pendekatan ini dengan cepat mengalami keterbatasan fisik mendasar.
“Ternyata penundaan kelompok maksimum yang dapat dicapai dalam satu lapisan metosurer memiliki keterbatasan fisik, dan pada gilirannya mengatur batas atas pada produk aperture numerik, diameter fisik, dan bandwidth pengoperasian.”
“Untuk bekerja dalam rentang panjang gelombang yang kita butuhkan, satu lapisan harus memiliki diameter yang sangat kecil, yang akan mengalahkan tujuan desain, atau pada dasarnya memiliki aperture numerik rendah sehingga hampir tidak fokus pada cahaya sama sekali,” katanya.
“Kami menyadari bahwa kami membutuhkan struktur yang lebih kompleks, yang kemudian menyebabkan pendekatan multi-layer.”
Terobosan Desain Multi-Layer
Setelah para peneliti bergeser ke desain dengan beberapa lapisan metalens, mereka menangani tantangan menggunakan algoritma desain terbalik yang mengandalkan optimasi bentuk. Pendekatan ini memungkinkan tingkat fleksibilitas yang tinggi melalui parameterisasi yang luas.
Mereka mengarahkan algoritma untuk mengidentifikasi geometri metasurface yang, pada panjang gelombang tunggal, akan menghasilkan resonansi dalam dipol listrik dan magnetik, yang dikenal sebagai resonansi Huygens. Dengan memanfaatkan resonansi ini, tim tingkat lanjut melebihi upaya sebelumnya oleh kelompok lain, menghasilkan desain metalens yang tidak sensitif terhadap polarisasi dan lebih toleran variasi dalam fabrikasi – langkah -langkah penting terhadap kulit kepala produksi untuk penggunaan industri.
Bentuk dan aplikasi yang tidak terduga
Optimalisasi rutin muncul dengan perpustakaan elemen metamaterial dalam berbagai bentuk yang mengejutkan, seperti kotak bundar, empat daun, dan baling -baling.
Bentuk -bentuk kecil ini, sekitar 300 nm dan lebar 1000 nm, sepenuhnya meregangkan pergeseran fase, dari nol ke dua PI, memungkinkan tim untuk membuat peta gradien fase untuk mencapai pola fokus yang sewenang -wenang -bahkan meskipun mereka awalnya hanya ditujukan untuk struktur cincin sederhana lensa konvensional.
“Kami dapat, misalnya, memfokuskan panjang gelombang yang berbeda ke lokasi yang berbeda untuk membuat router warna,” kata Jordaan.
Namun, pendekatan multilayer terbatas hingga maksimum sekitar lima panjang gelombang yang berbeda, kata Jordaan.
“Masalahnya adalah Anda membutuhkan struktur yang cukup besar untuk beresonansi pada panjang gelombang terpanjang, tanpa mendapatkan difraksi dari panjang gelombang yang lebih pendek,” katanya.
Penggunaan di masa depan untuk pencitraan
Dalam hambatan ini, Mr. Jordaan mengatakan kemampuan untuk membuat logam mengumpulkan banyak cahaya akan menjadi hadiah untuk sistem pencitraan portabel di masa depan.
“Metalenesis yang telah kami rancang akan ideal untuk drone bumi atau satelit pengamatan, karena kami telah mencoba menjadikannya sekecil dan mungkin,” katanya.
Referensi: “Desain Metasurfaces Multilayer Huygens Untuk Metasuren dan Polarisasi Land-Land-Land-Tidak Sensitif” oleh Joshua Jordaan, Isabelle Staude, Dragomir Neshev dan Alexander E. Minovich, 10 Agustus 2025, Optical Express.
Dua: 10.1364/oe.564328
Pendanaan: Dewan Penelitian Australia
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan Buletin ScitechDaily.
NewsRoom.id
