De huidige optische systemen - van smartphonecamera's tot geavanceerde microscopen - gebruiken technologie die sinds het midden van de 18e eeuw niet veel is veranderd. Samengestelde lenzen, uitgevonden rond 1730, corrigeer de chromatische aberraties die ervoor zorgen dat lenzen verschillende golflengten van licht op verschillende plekken focussen. Hoewel effectief, deze multi-materiaal lenzen zijn omvangrijk, duur, en vereisen precisiepolijsten of gieten en zeer zorgvuldige optische uitlijning. Nutsvoorzieningen, een groep onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) vraagt:is het niet tijd voor een upgrade?

SEAS-onderzoekers hebben een zogenaamde metacorrector ontwikkeld, een enkellaags oppervlak van nanostructuren dat chromatische aberraties over het zichtbare spectrum kan corrigeren en kan worden opgenomen in commerciële optische systemen, van eenvoudige lenzen tot high-end microscopen. De metacorrector elimineerde chromatische aberraties in een commerciële lens over het gehele zichtbare lichtspectrum. Het apparaat werkt ook voor de supercomplexe objectieven met maar liefst 14 conventionele lenzen, gebruikt in hoge resolutie microscopen.

Het onderzoek is beschreven in Nano-letters .

"Onze metacorrectortechnologie kan samenwerken met traditionele refractieve optische componenten om de prestaties te verbeteren en tegelijkertijd de complexiteit en voetafdruk van het systeem aanzienlijk te verminderen, voor een breed scala aan toepassingen met een hoog volume", aldus Federico Capasso, de Robert L. Wallace Professor of Applied Physics en Vinton Hayes Senior Research Fellow in Electrical Engineering bij SEAS en senior auteur van het artikel.

In eerder onderzoek is Capasso en zijn team toonden aan dat meta-oppervlakken, arrays van nanopilaren op minder dan een golflengte van elkaar, kan worden gebruikt om de fase te manipuleren, amplitude en polarisatie van licht en maken nieuwe, ultracompacte optische apparaten, inclusief platte lenzen. Dit onderzoek gebruikt dezelfde principes om de effectieve brekingsindex van elke nanopijler af te stemmen en te controleren, zodat alle golflengten door de metacorrector naar hetzelfde brandpunt worden gebracht.

"Je kunt je licht voorstellen als verschillende pakketten die met verschillende snelheden worden afgeleverd terwijl het zich voortplant in de nanopilaren. We hebben de nanopilaren zo ontworpen dat al deze pakketten op hetzelfde moment en met dezelfde temporele breedte op het brandpunt aankomen, " zei Wei Ting Chen, een Research Associate in Applied Physics bij SEAS en eerste auteur van het papier.

"Het gebruik van metacorrectors is fundamenteel anders dan conventionele methoden voor aberratiecorrectie, zoals cascadering van refractieve optische componenten of het gebruik van diffractieve elementen, omdat het gaat om nanostructuurtechniek, " zei Alexander Zhu, een afgestudeerde student aan SEAS en co-auteur van de studie. "Dit betekent dat we verder kunnen gaan dan de materiële beperkingen van lenzen en veel betere prestaties kunnen leveren."

Volgende, de onderzoekers willen de efficiëntie verhogen voor hoogwaardige en miniatuur optische apparaten.

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