De ontwikkeling van meta-oppervlakken opende een horizon voor de opmars van vlakke optica. Onder metaapparaten, de metalens heeft veel aandacht getrokken voor praktische toepassingen in beeldvorming en spectroscopie, omdat het multifunctionele wavefront-manipulaties biedt voor een betere focus.

Als onderdeel van de trend van miniaturisering en integratie van fotonische systemen, metalenses vervangen de traditionele brekingslenzen gemaakt van gepolijste kristallen of polymeren. Maar hun functies blijven statisch. Het vooruitzicht om actieve metalenses te realiseren heeft geleid tot de introductie van materialen met speciale eigenschappen, zoals schakelbare bifocale lenzen of discrete brandpuntsafstanden. Tot voor kort, dynamische manipulatie van metalenses, vooral afstembare chromatische dispersie, buiten bereik is gebleven.

Dynamisch scherpstellen met een enkele metalens

Metalensen worden geplaagd door het falen om alle kleuren op hetzelfde punt te focussen, wat bekend staat als chromatische aberratie. Het overwinnen van chromatische aberratie is een essentiële zorg voor een verbeterde resolutie in full-color en hyperspectrale beeldvorming. Integendeel, voor spectrografische analyse en tomografische toepassingen, chromatische dispersie helpt bij het scheiden van brandpunten voor verschillende frequenties om overspraak te voorkomen.

Het vermogen om chromatische dispersie dynamisch te manipuleren met een enkele metalens zou systeemintegratie en functionele veelzijdigheid bevorderen.

Vloeibaar kristal met fotopatroon

Een onderzoeksteam van de Nanjing University heeft onlangs actieve manipulatie van chromatische dispersie aangetoond, het bereiken van achromatische scherpstelling binnen een aangewezen breedband. Zoals gerapporteerd in de peer-reviewed, open access tijdschrift Geavanceerde fotonica , het team integreerde een vloeibaar kristal met fotopatroon in een diëlektrisch meta-oppervlak. In hun ontwerp, het meta-oppervlak genereert een lineair-resonante fasedispersie, wat betekent dat het fasefront van de uitgezonden golf lineair wordt vertraagd door het diëlektrische meta-oppervlak. Het vloeibare kristal (LC) is verantwoordelijk voor het genereren van frequentie-onafhankelijke geometrische fasemodulatie.

Het team verifieerde de controle van chromatische aberratie van de gecombineerde lens en toonde een significant dynamisch breedbandbeeldcontrasteffect aan. Het ontwerp kan worden uitgebreid naar andere actieve metadvices; als voorbeeld, het team presenteerde een straaldeflector met regelbare spreiding. "Door de flexibiliteit van metadapparaten te combineren met de breedband elektro-optische eigenschappen van vloeibare kristallen, is het ontwerp geschikt voor golffrontcontrole van de zichtbare golflengten tot de THz en microgolven, " merkte senior auteur prof. Yanqing Lu op, van het College of Engineering and Applied Sciences aan de Nanjing University.

Lu's collega aan het College of Engineering and Applied Sciences, mede-senior auteur prof. Wei Hu, notities, "We verwachten dat met vloeibare kristallen geïntegreerde metadevices een verscheidenheid aan actieve planaire fotonische elementen zullen voortbrengen om de functionele flexibiliteit van optische systemen te verbeteren."