Insinyur menciptakan logam multi-lapisan yang memfokuskan beberapa panjang gelombang. Desainnya dapat merevolusi perangkat optik portabel.
Para peneliti telah memperkenalkan cara baru untuk membuat lensa warna-warni yang dapat membuka jalan bagi generasi optik kompak, berbiaya rendah, dan berkinerja tinggi untuk teknologi portabel seperti drone dan smartphone.
Menurut Tn. Joshua Jordaan, penulis utama studi dari School of Research of Physics di Universitas Nasional Australia dan ARC Center of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS), desain menggunakan lapisan bertumpuk 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 dari 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 berpotensi terukur melalui platform nanofabrikasi semikonduktor yang matang,” kata Jordaan.
Proyek ini dipimpin oleh para peneliti dari Universitas Friedrich Schiller Jena di Jerman sebagai bagian dari kelompok pelatihan penelitian internasional Meta-Active. Makalah yang melaporkan desain mereka baru -baru ini diterbitkan Optik Express.
Mengatasi batas lapisan tunggal
Metalenses hanyalah sebagian kecil dari lebar rambut, membuatnya jauh lebih tipis daripada lensa tradisional. Mereka juga dapat direkayasa dengan fitur -fitur seperti panjang fokus yang tidak dapat dicapai menggunakan desain optik standar.
Tn. Joshua Jordaan menjelaskan bahwa tim pertama kali mencoba memfokuskan beberapa panjang gelombang menggunakan hanya satu lapisan, tetapi pendekatan ini dengan cepat mengalami keterbatasan fisik yang mendasar.
“Ternyata penundaan kelompok maksimum yang dapat dicapai dalam lapisan metasurer tunggal memiliki keterbatasan fisik, dan pada gilirannya mengatur batas atas pada produk aperture numerik, diameter fisik, dan bandwidth pengoperasian.”
“Untuk bekerja pada rentang panjang gelombang yang kami butuhkan, satu lapisan harus memiliki diameter yang sangat kecil, yang akan mengalahkan tujuan desain, atau pada dasarnya memiliki aperture numerik yang rendah sehingga hampir tidak memfokuskan cahaya sama sekali,” katanya.
“Kami menyadari bahwa kami membutuhkan struktur yang lebih kompleks, yang kemudian menyebabkan pendekatan multi-lapisan.”
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 maju melampaui upaya sebelumnya oleh kelompok lain, menghasilkan desain Metalens yang tidak sensitif terhadap polarisasi dan lebih toleran variasi dalam fabrikasi – langkah penting menuju penskalaan produksi untuk penggunaan industri.
Bentuk dan aplikasi yang tidak terduga
Rutin optimasi muncul dengan perpustakaan elemen metamaterial dalam berbagai bentuk yang mengejutkan, seperti kotak bundar, clover empat daun, dan baling-baling.
Bentuk -bentuk kecil ini, sekitar 300 nm dan lebar 1000 nm, membentang sepenuhnya pergeseran fase, dari nol ke dua PI, memungkinkan tim untuk membuat peta gradien fase untuk mencapai pola fokus yang sewenang -wenang – meskipun mereka awalnya hanya bertujuan untuk struktur cincin sederhana dari 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 kendala ini, Mr. Jordaan mengatakan kemampuan untuk membuat metalses untuk mengumpulkan banyak cahaya akan menjadi anugerah bagi sistem pencitraan portabel di masa depan.
“Metalenses yang telah kami rancang akan ideal untuk drone atau satelit pengamatan bumi, karena kami telah mencoba membuatnya sekecil dan sealon mungkin,” katanya.
Referensi: “Desain Metasurfaces Huygens Multilayer untuk Metasuren Multivel-Land-Area Besar dan Polarisasi-Tidak Sensitif” oleh Joshua Jordaan, Isabelle Staude, Dragomir Neshev dan Alexander E. Minovich, 10 Agustus 2025, Optik Express.
Dua: 10.1364/oe.564328
Pendanaan: Dewan Penelitian Australia
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.
BN Babel
