Onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hebben een platte optische component ontwikkeld die tegelijkertijd een metalens, een microscoopobjectief dat details kan oplossen die kleiner zijn dan een golflengte van licht, en een optische vortex- en hologramgenerator. Elke functionaliteit wordt bestuurd door een andere golflengte van licht.

"De doorbraak van dit nieuwe platte optische apparaat is dat het zijn functie radicaal kan veranderen op basis van de golflengte van het licht dat het reflecteert, " zei Federico Capasso, de Robert Wallace Professor of Applied Physics bij SEAS en senior auteur van het onderzoek. "Door functionaliteit aan golflengte te koppelen, we hebben een hele reeks nieuwe mogelijkheden voor meta-oppervlakken geopend."

Het onderzoek is gepubliceerd in Nano-letters .

"Bij dit onderzoek we ontkoppelden functies op verschillende golflengten, " zei Zhujun Shi, eerste auteur van de paper en afgestudeerde student aan SEAS. "Vergeleken met eerdere platte optische apparaten, dit toestel heeft een extra mate van vrijheid die je op verschillende golflengten kunt afstemmen. Bijvoorbeeld, in één kleur, deze lens gedraagt ​​zich als een traditionele metalens maar dan op een andere golflengte, het genereert een vortexstraal."

Het Harvard Office of Technology Development heeft het intellectuele eigendom met betrekking tot dit project beschermd en onderzoekt de mogelijkheden voor commercialisering.

De lens bouwt voort op eerdere technologie die is ontwikkeld in het Capasso Lab, die ander gepolariseerd licht gebruikte om de functie van een lens te veranderen. Maar aangezien er slechts twee vormen van circulair gepolariseerd licht zijn - met de klok mee of tegen de klok in - konden de onderzoekers slechts twee verschillende functies in het meta-oppervlak inbedden.

"Door de apparaatfunctie met golflengte te regelen, in plaats van polarisatie die gebonden is aan twee toestanden, we hebben de informatiecapaciteit van de lens drastisch vergroot, " zei Mohammadreza Khorasaninejad, co-eerste auteur van de paper en voormalig postdoctoraal onderzoeker in het Capasso Lab. "Met deze technologie we demonstreerden een achromatische metalens in blauw, groente, gele en rode golflengten, twee straalgeneratoren, en een full-color hologram."

Hoewel dit niet de eerste lens is die functie aan golflengte koppelt, het is het meest efficiënt. Eerdere golflengte-afhankelijke metalenses codeerden verschillende functies in verschillende delen van het oppervlak; bijvoorbeeld, rood licht zou in het ene kwadrant worden gefocust en blauw licht in het andere.

Met deze technologie, Shi en de rest van het team ontwierpen de individuele optische elementen op nanoschaal om functionaliteit op lokaal niveau in te bedden. over de hele lens.

"Door alles lokaal te coderen, in een enkele laag, we hebben de efficiëntie verbeterd van 8 procent aangetoond in eerdere golflengteafhankelijke meta-oppervlakken tot meer dan 30 procent, " zei Yao-Wei Huang, co-eerste auteur van de paper en postdoctoraal onderzoeker bij SEAS.

Volgende, het team wil die efficiëntie nog verder verbeteren en een zend-, in plaats van een reflecterende lens.