Vorige zomer, onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hebben een nieuwe, platte lens die licht met hoge efficiëntie binnen het zichtbare spectrum kon focussen. De lens gebruikte een ultradunne reeks nanopilaren om het licht te buigen en te focussen terwijl het passeerde.

De aankondiging werd geprezen als een doorbraak in de optica en werd uitgeroepen tot een van de belangrijkste ontdekkingen van Science Magazine van 2016.

Maar de lens had een beperking:hij kon maar op één kleur tegelijk scherpstellen.

Nutsvoorzieningen, hetzelfde team heeft de eerste platte lens ontwikkeld die werkt binnen een continue bandbreedte van kleuren, van blauw naar groen. Deze bandbreedte, dicht bij die van een LED, maakt de weg vrij voor nieuwe toepassingen in beeldvorming, spectroscopie en waarneming.

Het onderzoek is gepubliceerd in Nano-letters .

Een van de grote uitdagingen bij het ontwikkelen van een flat, breedbandlens corrigeert voor chromatische dispersie, het fenomeen waarbij verschillende golflengten van licht op verschillende afstanden van de lens worden gefocusseerd.

"Traditionele lenzen voor microscopen en camera's - inclusief die in mobiele telefoons en laptops - vereisen meerdere gebogen lenzen om chromatische aberraties te corrigeren, wat gewicht toevoegt, dikte en complexiteit, " zei Federico Capasso, Robert L. Wallace Hoogleraar Toegepaste Natuurkunde en Vinton Hayes Senior Research Fellow in Electrical Engineering. "Onze nieuwe baanbrekende platte metalens heeft ingebouwde correcties voor chromatische aberraties, zodat een enkele lens nodig is."

Corrigeren voor chromatische dispersie - bekend als dispersie-engineering - is een cruciaal onderwerp in optica, en een belangrijke ontwerpvereiste in alle optische systemen die te maken hebben met licht van verschillende kleuren. De mogelijkheid om de chromatische dispersie van platte lenzen te regelen, verbreedt hun toepassingen en introduceert nieuwe toepassingen die nog niet mogelijk waren.

"Door gebruik te maken van chromatische aspecten, we kunnen nog meer controle hebben over het licht, " zei Reza Khorasaninejad, een onderzoeksmedewerker in het Capasso Lab en eerste auteur van het artikel. "Hier, we demonstreren achromatische platte lenzen en vinden ook een nieuw type platte lens uit met omgekeerde chromatische dispersie. We hebben laten zien dat je kunt ontsnappen aan de beperkingen van conventionele optica, nieuwe kansen bieden die alleen gebonden zijn aan de verbeelding van de ontwerper."

Om een ​​achromatische lens te ontwerpen - een lens zonder chromatische dispersie - optimaliseerde het team de vorm, breedte, afstand, en hoogte van de nanopilaren die het hart van de metalens vormen. Net als in eerder onderzoek, de onderzoekers gebruikten overvloedig titaniumdioxide om de array op nanoschaal te creëren.

Dankzij deze structuur kunnen de metalens golflengten van 490 nm tot 550 nm scherpstellen, eigenlijk van blauw naar groen, zonder enige chromatische dispersie.

"Deze methode voor dispersie-engineering kan worden gebruikt om verschillende ultradunne componenten met een gewenste prestatie te ontwerpen, " zei Zhujun Shi, een promovendus in het Capasso Lab en co-eerste auteur van het artikel. "Dit platform is gebaseerd op lithografie in één stap en is compatibel met productietechnieken met hoge doorvoer, zoals nano-imprinting."

Harvard's Office of Technology Development heeft octrooiaanvragen ingediend op een portfolio van platte lenstechnologieën en werkt nauw samen met Capasso en leden van zijn onderzoeksgroep om de commercialisering van deze technologie te katalyseren via een startend bedrijf.