メタマテリアルレンズは従来の光学系に追いつきます

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ビデオ: 【製品紹介】メタマテリアル最新技術(日本語吹替) 2022, 十一月
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Anonim
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メタマテリアルで作られたフラットレンズを通る光の波の動き

ハーバード大学とウォータールー大学の物理学者は、従来の高度な光学系だけでなく、可視範囲全体で動作できるメタマテリアルから作られたフラットレンズを作成しました。レンズの解像度により、光の波長よりも小さい物体を見ることができます。一眼レフで著者が達成した最大倍率は168倍でした。この研究はジャーナルScienceに掲載され、ハーバード大学のプレスリリースで簡単に報告されています。

レンズは、酸化チタン製の垂直プレートのアレイで構成されています。これらのプレートは、互いに厳密に指定された角度で配置されています。したがって、開発者は、金属レンズの位相プロファイルが球面レンズのプロファイルと一致することを確認することができました。プレートの回転角は、光学デバイスを通過する光の波長に依存するため、「理想的な」レンズは特定の特性を持つ光でのみ機能します。

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メタレンズの顕微鏡写真

著者らは、異なる波長に調整された3つのレンズ(660(赤)、532(緑)、および405(青)ナノメートル)を作成しました。それらのそれぞれは、直径0、24ミリメートル、焦点距離0、09ミリメートルの円です。科学者たちは、光学特性を比較するために、メタレンと100×Nikon CFI 60対物レンズを使用して、異なる波長のレーザービームを集束させる実験を行いました。後者は、メタレンズとまったく同じ開口数を持っていました。メタマテリアルで作られたレンズの焦点は、レーザーの長さが設計に使用された長さに対応する場合、レンズの焦点よりも1.5倍小さいことがわかりました。

次に、物理学者は、提案されたレンズのコンセプトを写真撮影用にテストしました。これには、直径2ミリメートルで、532ナノメートルに調整された別のメタレンを作成する必要がありました。その助けを借りて、著者は互いに異なる距離に配置されたストライプのあるテストチャートを撮影しました。画像は532ナノメートルだけでなく、可視範囲全体の他の波長でも撮影されました。

著者らは、フラットレンズの焦点距離は波長によって異なることに注目しています。したがって、532ナノメートルの公称波長で、金属レンズは138倍の増加を示し、テストパターンを照射するレーザーの波長が620ナノメートルに増加すると、増加は167倍に変化しました。この倍率の違いにより、従来のレンズでは色収差が最小限に抑えられます。

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メタレンズで撮影した写真。 A-テストパターン(530 nm)。 B、C、D、E-テスト正方形の最小値、波長はそれぞれ480、530、590、および620nmです。 F-I-テーブルがそれぞれ10〜100 nmの広い波長範囲、幅の光で照らされたときの色収差のデモンストレーション。 J-メタレンを従来のレンズと比較するためのターゲット。ポイント間の距離は800nmです。 Kはメタレンズで撮影した写真、L-レンズで撮影した写真です。 Mは、金属レンズによって波長未満の距離にあるスポットの解像度です。

物理学者は、ミクロンストリップを使用したテストターゲットに加えて、使用する光の波長よりも短い物体の画像を取得しました。したがって、メタレンの助けを借りて、450ナノメートルの距離で隔てられた4点の正方形を解像することが可能でした-レンズの回折限界は330ナノメートル強です。

将来的には、開発したレンズの色収差の問題を解決したいと考えています。科学者が指摘するように、これに必要な技術はすでに存在しています。

メタマテリアルとは、その特性(たとえば、光学的)が、それらを構成する物質ではなく、これらの物質が形成する周期構造によって大幅に決定される材料です。メタマテリアルの典型的な例の1つは、負の屈折率を持つメディアです。そのような材料の最初の例は、一緒に織られた金属リングの周期的な配列でした。

光学メタマテリアルのおかげで、フラットレンズを作成することも、回折限界を克服することも可能です。そのため、昨年、バッファロー大学の物理学者は、可視光学範囲でそのような結果を達成しました。

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