Une métasurface comprend un réseau de nanofins et se comporte comme une lentille bifocale ultrafine. Crédit :KAUST
La superposition de deux couches de film à motifs avec un réseau à l'échelle nanométrique peut manipuler la propagation de la lumière pour créer une lentille ultrafine puissante.
Les films nanostructurés ultrafins qui contrôlent la propagation de la lumière permettent d'intégrer des composants optiques dans des appareils électroniques portables et portables. La torsion d'une pile de tels films offre un moyen simple de contrôler leur comportement et leurs performances, montre la recherche KAUST.
Une surface à motifs d'un ensemble de structures à l'échelle nanométrique peut modifier les propriétés de la lumière qui la traverse. Chaque élément du réseau se comporte comme une minuscule antenne qui contrôle la phase locale de la lumière; c'est la position relative de l'onde lumineuse dans son cycle oscillatoire. Ces couches ultrafines sont appelées métalenses car elles peuvent focaliser la lumière comme une bien que beaucoup plus épais, lentille en verre, tout en étant plus fonctionnel.
"Cette technologie peut façonner arbitrairement la lumière pixel par pixel, ce qui est impossible pour les lentilles conventionnelles en raison des limitations de fabrication, ", explique l'étudiant diplômé Ronghui Lin. "La technologie des métaux a le potentiel de remplacer les énormes ensembles d'objectifs utilisés dans les appareils photo reflex professionnels par un objectif aussi fin qu'une carte postale."
Un défi dans le développement de métalenses multifonctionnelles est leur efficacité limitée. Une façon possible d'améliorer cela est d'empiler les métaux. En faisant cela, Lin et son superviseur, Xiaohang Li, découvert qu'un nouveau phénomène peut être activé lorsqu'un métal est posé sur un autre.
Un motif moiré peut être formé lorsque deux réseaux sont superposés et tournés. Crédit :KAUST
L'équipe a examiné un métal dont la surface était recouverte d'un réseau d'ailettes ou de cylindres de section transversale elliptique. En faisant varier l'orientation relative de ces ailettes, la lentille peut ajouter une phase géométrique à la lumière polarisée circulairement entrante. "Considérez la rotation des aiguilles d'une horloge, qui reviennent chaque jour au même endroit, " explique Lin. " L'angle de rotation de ces nanofins fonctionne de manière similaire. Lorsque la lumière traverse ces structures, sa phase ou « temps » est modifiée. » Le degré de changement dépend de la rotation des nanofines. Il s'agit d'un outil puissant pour manipuler la lumière polarisée circulairement.
Lin et Li ont utilisé une méthode mathématique appelée simulations dans le domaine temporel aux différences finies pour modéliser la propagation de la lumière dans un système métallique comprenant deux éléments de phase empilés. Leurs résultats ont montré qu'en tordant l'alignement relatif des deux couches, un phénomène similaire à l'effet Moiré peut être observé (voir image ci-dessous). L'équipe a utilisé ce phénomène pour développer un métalène bifocal avec une distance focale et un rapport d'intensité contrôlables. "Nous pensons que cette architecture de métal multicouche pourrait également s'appliquer à d'autres systèmes et atteindre des fonctionnalités plus complexes, " dit Lin.
