Метаматериал исправил оптические искажения во всем видимом диапазоне

Физики разработали корректирующую поверхность на основе метаматериала, которая позволяет избавиться от хроматической аберрации во всем видимом диапазоне. Этот вид искажений, характерный для всех оптических приборов с линзами, появляется из-за того, что коэффициент преломления зависит от длины волны. Результаты исследования опубликованы в журнале Nano Letters.

Коэффициент преломления в обычном веществе, например стекле, зависит от длины волны. Это явление называется дисперсией света, именно благодаря ему солнечный свет, пройдя через призму, разлагается в радугу. Этот феномен, однако, может ухудшать оптические свойства приборов, так как он появляется везде, где есть преломление. В частности, фокусное расстояние простой линзы зависит от длины волны, и на самом деле разные цвета фокусируются на различных расстояниях, но на глаз хроматическая аберрация не заметна.

Современные оптические системы, от камер в смартфонах до передовых микроскопов, во многом опираются на технологии, которые не сильно изменились с XVIII века. В 1730-х годах были придуманы первые сложные линзы, которые могли частично устранять хроматическую аберрацию. Такой подход эффективен, но из-за него конструкция приборов неизбежно становится все сложнее, он требует лучшей полировки линз, точной настройки приборов и вместе с тем не позволяет полностью избавиться от искажений.

В новой работе сотрудники Гарвардского университета (США) разработали метакорректор — однослойное покрытие на основе метаматериала, которое позволяет устранить хроматическую аберрацию сразу во всем оптическом диапазоне, то есть обеспечить совпадение фокусных расстояний для всех цветов сразу. Более того, новое покрытие можно использовать в современных оптических схемах — от самых простых до сверхсложных микроскопов, состоящих из более чем десяти линз. Разработка основана на предыдущих исследованиях коллектива, в которых было показано, как поверхность из наноразмерных стержней можно использовать для манипулирования фазой, амплитудой и поляризацией света. Например, с помощью таких метаповерхностей можно сделать плоскую линзу.

«Использование метакорректоров фундаментально отличается от традиционных методов исправления искажений, таких как создание каскадов преломляющих оптических компонентов и применение дифракционных элементов. Дело в том, что наш подход связан с наноструктурными свойствами, — говорит соавтор работы Александр Чжу. — Это значит, что мы можем пойти намного дальше, чем позволяют ограничения материалов линз, и обеспечить намного лучшее качество изображения».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.