Een samenwerkend onderzoeksteam heeft met succes een dubbele metalen ontwikkeld die in staat is om met één enkele lens tussen verschillende beeldmodi te schakelen. De onderzoeksresultaten zijn opgenomen in ACS Nano .

Tijdens het fotograferen van een object worden doorgaans twee verschillende modi gebruikt:de normale modus, die fundamentele informatie extraheert; en de randmodus, die zich uitsluitend richt op het omlijnen van het object. Deze modi vereisen traditioneel afzonderlijke lenzen, elk met verschillende brandpunten. Als reactie op de recente trend naar miniaturisering en lichtgewicht ontwerp in elektronische apparaten hebben onderzoekers echter ijverig gewerkt aan de integratie van beide modi in één enkele lens.

In deze studie heeft het team dit probleem aangepakt met behulp van metalenses die hun brandpunt dynamisch kunnen veranderen met behulp van elektrische middelen. Deze metalensen zijn, zonder zich zorgen te maken over de eigenschappen van licht, opgebouwd uit kunstmatige structuren op nanoschaal. Door parameters zoals grootte, vorm en rotatieoriëntatie van deze structuren te verfijnen, heeft het team met succes een dual-mode beeldvormende metalen ontwikkeld die in staat is om over te schakelen tussen normale en randmodi op basis van de richting van de lichtpolarisatierotatie.

Deze lens kan de focus snel wijzigen door de spanning aan te passen die wordt toegepast op de vloeibaar-kristallaag (LC-laag), waardoor een snelle moduswisseling in slechts enkele milliseconden mogelijk is (een milliseconde is een duizendste van een seconde), passend bij de snelheid van vloeibaar-kristalschakeling.

In dit onderzoek gebruikte het team gehydrogeneerd amorf silicium als nanostructuur, bekend om zijn minimale verliezen in het zichtbare lichtgebied, wat resulteerde in een opmerkelijke lensefficiëntie van respectievelijk 32,3%, 31,7% en 20,4% voor de rode, groene en blauwe golflengten. Door twee verschillende modi binnen één enkele lens te integreren, slaagde het team erin beelden met een hoge resolutie te verkrijgen.

Het werk werd geleid door professor Junsuk Rho van de afdeling Werktuigbouwkunde en de afdeling Chemische Technologie, Trevon Badloe van de Graduate School of Artificial Intelligence, en Yeseul Kim en Joohoon Kim, Ph.D. kandidaten van de afdeling Werktuigbouwkunde van de Pohang Universiteit voor Wetenschap en Technologie (POSTECH), en professor Inki Kim van het Instituut voor Quantum Biofysica van de Sungkyunkwan Universiteit

Professor Junsuk Rho legde uit:"We kunnen nu snel beelden met een hoge resolutie vastleggen in toepassingen zoals bio-imaging, inclusief cellulaire reacties en screening van geneesmiddelen." Bovendien uitte hij optimisme door te zeggen:"Ik hoop dat deze innovatie bruikbaar zal zijn in verschillende domeinen, waaronder smartphones, virtual reality (VR) en augmented reality (AR) apparaten, en vaste LiDAR-systemen."

Meer informatie: Trevon Badloe et al., Bright-Field en Edge-Enhanced Imaging met behulp van een elektrisch afstembare Dual-Mode Metalens, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c02471

Journaalinformatie: ACS Nano

Aangeboden door Pohang Universiteit voor Wetenschap en Technologie