Photo des metalens (faits de silicium) montés sur un transparent, film de polymère extensible, sans aucune électrode. L'irisation colorée est produite par le grand nombre de nanostructures dans les métaux. Crédit :Harvard SEAS
Inspiré de l'œil humain, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont développé un métalens adaptatif, c'est essentiellement un appartement, œil artificiel à commande électronique. Les métaux adaptatifs contrôlent simultanément trois des principaux contributeurs aux images floues :la mise au point, astigmatisme, et le décalage de l'image.
La recherche est publiée dans Avancées scientifiques .
"Cette recherche combine des percées dans la technologie des muscles artificiels avec la technologie des métalens pour créer un métalens accordable qui peut changer son objectif en temps réel, tout comme l'œil humain, " dit Alan She, un étudiant diplômé à SEAS et premier auteur de l'article. "Nous allons encore plus loin pour développer la capacité de correction dynamique des aberrations telles que l'astigmatisme et le décalage d'image, ce que l'œil humain ne peut pas faire naturellement."
« Cela démontre la faisabilité du zoom optique et de la mise au point automatique intégrés pour un large éventail d'applications, notamment les appareils photo des téléphones portables, lunettes et matériel de réalité virtuelle et augmentée, " a déclaré Federico Capasso, Robert L. Wallace, professeur de physique appliquée et chercheur principal Vinton Hayes en génie électrique à SEAS et auteur principal de l'article. "Cela montre aussi la possibilité de futurs microscopes optiques, qui fonctionnent entièrement électroniquement et peuvent corriger de nombreuses aberrations simultanément."
Le Harvard Office of Technology Development a protégé la propriété intellectuelle relative à ce projet et explore les possibilités de commercialisation.
Pour construire l'œil artificiel, les chercheurs ont d'abord dû agrandir les métalens.
Les métaux adaptatifs concentrent les rayons lumineux sur un capteur d'image. Un signal électrique contrôle la forme des métaux pour produire les fronts d'ondes optiques souhaités (indiqués en rouge), résultant en de meilleures images. À l'avenir, des métalenses adaptatives seront intégrées aux systèmes d'imagerie, tels que les caméras de téléphone portable et le microscope, permettre à plat, autofocus compact ainsi que la possibilité de corriger simultanément les aberrations optiques et d'effectuer une stabilisation optique de l'image, le tout dans un seul plan de contrôle. Crédit :Second Bay Studios/Harvard SEAS
Les métalenses antérieures avaient à peu près la taille d'un seul morceau de paillettes. Ils focalisent la lumière et éliminent les aberrations sphériques grâce à un motif dense de nanostructures, chacune plus petite qu'une longueur d'onde de la lumière.
"Parce que les nanostructures sont si petites, la densité d'informations dans chaque lentille est incroyablement élevée, " dit-elle. " Si vous passez d'une lentille de 100 microns à une lentille de centimètre, vous aurez augmenté de dix mille les informations nécessaires pour décrire la lentille. Chaque fois que nous avons essayé d'agrandir l'objectif, la taille du fichier de la conception à elle seule gonflerait jusqu'à des gigaoctets, voire des téraoctets."
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont développé un nouvel algorithme pour réduire la taille du fichier afin de rendre les métaux compatibles avec la technologie actuellement utilisée pour fabriquer des circuits intégrés. Dans un article récemment publié dans Optique Express , les chercheurs ont démontré la conception et la fabrication de métalenses jusqu'à des centimètres ou plus de diamètre.
« Cette recherche offre la possibilité d'unifier deux industries :la fabrication de semi-conducteurs et la fabrication de lentilles, où la même technologie utilisée pour fabriquer des puces informatiques sera utilisée pour fabriquer des composants optiques à base de métasurface, tels que les lentilles, " dit Capasso.
Prochain, les chercheurs devaient faire adhérer les gros métalens à un muscle artificiel sans compromettre sa capacité à focaliser la lumière. Dans l'œil humain, le cristallin est entouré de muscle ciliaire, qui étire ou comprime le cristallin, changer sa forme pour ajuster sa distance focale. Capasso et son équipe ont collaboré avec David Clarke, Professeur de la famille Tarr étendu des matériaux à SEAS et pionnier dans le domaine des applications d'ingénierie des actionneurs en élastomère diélectrique, également connu sous le nom de muscles artificiels.
Les chercheurs ont choisi un mince, élastomère diélectrique transparent à faible perte - ce qui signifie que la lumière traverse le matériau avec peu de diffusion - pour se fixer à la lentille. Faire cela, ils avaient besoin de développer une plate-forme pour transférer et faire adhérer la lentille à la surface molle.
