Фізики з Гарвардського університету та Університету Вотерлу створили металінзу, фокусна відстань якої залишається постійною для хвиль з довжинами від 470 до 670 нанометрів - практично у всьому видимому діапазоні. Для цього вони об'єднували платівки з оксиду титану в групи по два і підбирали їх параметри таким чином, щоб затримка фази хвиль не залежала від їх частоти. Стаття опублікована в.
Металінзи складаються з великої кількості вертикальних платівок, що мають розмір порядку довжини хвилі світла і спотворюють напрямок і фазу падаючого випромінювання. Вибудовування платівок у певному порядку дозволяє фокусувати світло, імітуючи звичайну лінзу. З іншого боку, товщина металінзи може досягати всього декількох сотень нанометрів, що значно менше товщини звичайних лінз, що використовують заломлення світла на кордоні двох середовищ. Крім того, за допомогою металінз можна подолати дифракційну межу, тобто дозволити об'єкти, розмір яких менше довжини хвилі використовуваного світла (детальніше в нашій новині). Нарешті, металінзи значно легші і дешевші у виробництві, ніж звичайні лінзи, що робить їх привабливими для використання в оптичних приладах.
Однак металінзи страждають від одного істотного недоліку - вони добре працюють тільки для вузького діапазону довжин хвиль. Через те, що фазове зрушення падаючого світла залежить не тільки від розташування платівок, але і від довжини хвилі, фокусна відстань лінзи буде відрізнятися для випромінювання різних кольорів. В результаті в металінзах виникають сильні хроматичні аберації, і це не дозволяє замінити ними звичайні лінзи. Зараз вчені намагаються вирішити цю проблему. Так, близько року тому група дослідників з США і Канади повідомила про створення металінзи, фокусна відстань якої залишалася постійною для зеленого світла з довжиною хвилі від 490 до 550 нанометрів.
Цього разу група вчених під керівництвом Федеріко Капассо (Federico Capasso) змогла виготовити металінзу, яка працює однаково для випромінювання з довжинами хвиль від 470 до 670 нанометрів, тобто покриває практично весь оптичний діапазон. Для цього вони змусили ефективний коефіцієнт заломлення наноструктур залежати від частоти падаючого випромінювання. Вони об'єднали в групи по два платівки оксиду титану TiO2 різної довжини, товщини і висоти. Залежно від співвідношення параметрів платівок у групі затримка фази світла, що проходить через неї, по-різному залежала від довжини хвилі - наприклад, залишалася постійною.
Вибудовуючи в подальшому групи спеціальним чином, фізики домоглися фокусування випромінювання. Фокусна відстань лінзи не залежала від довжини хвилі падаючого світла, і це дозволяло отримувати чіткі картинки не тільки в монохроматичному випромінюванні лазерів різних кольорів, але і в білому світлі.
Крім того, щоб продемонструвати універсальність запропонованого методу, крім ахроматичної лінзи дослідники сконструювали лінзи, у яких фокусна відстань була пропорційно першій або другій ступені частоти падаючого випромінювання. У цих випадках зображення об'єктів сильно розмивалися.
Вчені вважають, що запропонований ними спосіб створення металінз знайде застосування в літографії та мікроскопії. Також вони планують створити лінзи, які фокусуватимуть електромагнітні хвилі в інших діапазонах частот.
Торік та сама група фізиків повідомляла про створення металінз, здатних працювати у всьому видимому діапазоні. Тим не менш, ці лінзи мали помітний ахроматизм: наприклад, одна з них збільшувала зображення на довжині хвилі 532 нанометри в 138 разів, а на довжині хвилі 620 нанометрів - в 167 разів. У новій статті вчені впоралися з цією проблемою.