Des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont développé un composant optique plat qui est simultanément un métalens, un objectif de microscope qui peut résoudre des détails plus petits qu'une longueur d'onde de la lumière, et un générateur optique de vortex et d'hologramme. Chaque fonctionnalité est contrôlée par une longueur d'onde de lumière différente.

"La percée de ce nouveau dispositif optique plat est qu'il peut changer radicalement sa fonction en fonction de la longueur d'onde de la lumière qu'il réfléchit, " a déclaré Federico Capasso, le professeur Robert Wallace de physique appliquée à SEAS et auteur principal de la recherche. "En liant la fonctionnalité à la longueur d'onde, nous avons ouvert toute une gamme de nouvelles possibilités pour les métasurfaces."

La recherche a été publiée dans Nano lettres .

« Dans cette recherche, nous avons découplé des fonctions à différentes longueurs d'onde, " dit Zhujun Shi, premier auteur de l'article et étudiant diplômé à SEAS. "Par rapport aux appareils optiques plats précédents, cet appareil a un degré de liberté supplémentaire que vous pouvez régler à différentes longueurs d'onde. Par exemple, à une couleur, cette lentille se comporte comme un metalens traditionnel mais à une autre longueur d'onde, il génère un faisceau vortex."

Le Harvard Office of Technology Development a protégé la propriété intellectuelle relative à ce projet et explore les possibilités de commercialisation.

La lentille s'appuie sur la technologie précédente développée dans le laboratoire Capasso, qui utilisait une lumière polarisée différente pour changer la fonction d'une lentille. Mais comme il n'y a que deux formes de lumière polarisée circulairement - dans le sens horaire ou antihoraire - les chercheurs n'ont pu intégrer que deux fonctions différentes dans la métasurface.

"En contrôlant la fonction de l'appareil avec la longueur d'onde, plutôt qu'une polarisation liée à deux états, nous avons considérablement augmenté la capacité d'information de la lentille, " a déclaré Mohammadreza Khorasaninejad, co-premier auteur de l'article et ancien post-doctorant au Capasso Lab. « Avec cette technologie, nous avons démontré un métalens achromatique en bleu, vert, longueurs d'onde jaune et rouge, deux générateurs de faisceaux, et un hologramme en couleur."

Bien que ce ne soit pas le premier objectif à lier la fonction à la longueur d'onde, c'est le plus efficace. Les métalenses antérieures dépendantes de la longueur d'onde encodaient différentes fonctions dans différentes zones de la surface; par exemple, la lumière rouge serait focalisée dans un quadrant et la lumière bleue dans un autre.

Avec cette technologie, Shi et le reste de l'équipe ont conçu les éléments optiques individuels à l'échelle nanométrique pour intégrer les fonctionnalités au niveau local, sur toute la lentille.

"En encodant tout localement, en une seule couche, nous avons amélioré l'efficacité de 8 % démontrée dans les métasurfaces précédentes dépendantes de la longueur d'onde à plus de 30 %, " dit Yao-Wei Huang, co-premier auteur de l'article et stagiaire postdoctoral à SEAS.

Prochain, l'équipe vise à améliorer encore cette efficacité et à développer une transmission, plutôt qu'une lentille réfléchissante.