Pierwsze płaskie soczewki skupiające światło bez efektu dystorsji

Amerykańscy fizycy stworzyli pierwsze ultracienkie płaskie soczewki, których specyficzny kształt pozwolił wyeliminować typowe wady optyki występujące w tradycyjnych soczewkach o sferycznej powierzchni. Dodatkowo, moc ogniskowa tychże soczewek jest dużo większa od tradycyjnych soczewek.

W tradycyjnych soczewkach, ze względu na mniejszą prędkość fazową światła w szkle, aniżeli w powietrzu, promienie świetlne podróżują znacznie wolniej przez grubsze centralne obszary soczewki, niż przez jej cieńsze, peryferyjne obszary. Taki rozkład opóźnień fazowych występujących w soczewce prowadzi do zjawiska załamania światła i w konsekwencji do jego zogniskowania.

Płaskie soczewki skonstruowane przez amerykańskich fizyków składają się z optycznie cienkich elementów nazywanych nanoantenami optycznymi. Odległość między nimi jest mniejsza, niż długość fali ogniskowanego przez nie światła. Zadaniem tychże anten, wykonanych z metalicznych pierwiastków, jest wprowadzanie niewielkiego opóźnienia fazowego promieni świetlnych rozpraszanych na ich powierzchni. Aby takie soczewki mogły ogniskować światło o określonej długości fali, wystarczy zmienić rozmiar, kąt oraz odległość pomiędzy nanoantenami. „Antena jest po prostu rodzajem rezonatora, który magazynuje światło i następnie uwalnia je po upływie pewnego czasu,” powiedział Federico Capasso z Harvard School of Engineering and Applications, kierownik zespołu.

Soczewki ze złotymi nanoantenami

Powierzchnia płaskiej soczewki składa się ze złotych nanoanten o różnych kształtach oraz rozmiarach, ułożonych w różnych kierunkach w przestrzeni. Zastosowanie takiego rozwiązania powoduje, że opóźnienia fazowe rozdzielają się promieniście wokół soczewki sprawiając, że stopień załamania światła ulega stopniowemu wzrostowi wraz ze wzrostem odległości od środka soczewki. Dzięki takiemu rozwiązaniu światło padające na soczewkę może być ogniskowane w konkretnym punkcie. Dodatkowo, w soczewkach tych udało się wyeliminować efekty zniekształcające tworzony przez nie obraz, nazywane aberracjami monochromatycznymi, które są typowe dla soczewek o powierzchniach sferycznych. „Dzięki wyeliminowaniu aberracji sferycznej, komy oraz stygmatyzmu możemy uzyskać bardzo wyraźny oraz ostry obraz”.

Problemem tychże soczewek wciąż pozostaje niska wydajność ogniskowania światła, jednak zdaniem fizyków z USA, będzie ją można znacząco poprawić poprzez zwiększenie gęstości upakowania nanoanten oraz poprzez użycie wielu płaskich soczewek różniących się sposobem ułożenia nanoanten. Dodatkowym problemem pozostaje również metoda ich otrzymywania, gdyż litografia wiązki elektronowej, stosowana do ich produkcji, nie należy do najbardziej praktycznych technik. „Na szczęście, istnieją nowe techniki nanolitografii, takie jak miękka litografia, które mogą zostać zastosowane w produkcji masowej oraz umożliwiać produkcją płaskich soczewek na elastycznych podłożach,” powiedział Capasso.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com