Les chercheurs de SEAS ont développé le premier objectif plat qui fonctionne dans une bande passante continue de couleurs, du bleu au vert. Cette bande passante, proche de celui d'une LED, ouvre la voie à de nouvelles applications en imagerie, spectroscopie et détection. (Image reproduite avec l'aimable autorisation de Vyshakh Sanjeev/Harvard SEAS). Crédit :Université de Harvard
L'été dernier, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont annoncé un nouveau lentille plate qui pourrait focaliser la lumière avec une grande efficacité dans le spectre visible. L'objectif utilisait un réseau ultrafin de nanopiliers pour plier et focaliser la lumière lors de son passage.
L'annonce a été saluée comme une percée dans le domaine de l'optique et a été nommée parmi les principales découvertes de Science Magazine en 2016.
Mais l'objectif avait une limite :il ne pouvait focaliser qu'une seule couleur à la fois.
Maintenant, la même équipe a développé le premier objectif plat qui fonctionne dans une bande continue de couleurs, du bleu au vert. Cette bande passante, proche de celui d'une LED, ouvre la voie à de nouvelles applications en imagerie, spectroscopie et détection.
La recherche est publiée dans Lettres nano .
L'un des défis majeurs de l'aménagement d'un appartement, l'objectif à large bande a corrigé la dispersion chromatique, le phénomène où différentes longueurs d'onde de lumière sont focalisées à différentes distances de la lentille.
« Les objectifs traditionnels pour les microscopes et les appareils photo, y compris ceux des téléphones portables et des ordinateurs portables, nécessitent plusieurs objectifs incurvés pour corriger les aberrations chromatiques, qui ajoute du poids, épaisseur et complexité, " a déclaré Federico Capasso, Robert L. Wallace, professeur de physique appliquée et chercheur principal Vinton Hayes en génie électrique. "Notre nouveau métal plat révolutionnaire intègre des corrections d'aberrations chromatiques, de sorte qu'un seul objectif est nécessaire."
Une image au microscope électronique à balayage montre une vue latérale des métalens, avec des nanopiliers optimisés pour focaliser les couleurs sans dispersion chromatique. Barre d'échelle :200 nm. Crédit :Capasso Lab/Havard SEAS
La correction de la dispersion chromatique, connue sous le nom d'ingénierie de la dispersion, est un sujet crucial en optique, et une exigence de conception importante dans tous les systèmes optiques qui traitent de la lumière de différentes couleurs. La capacité de contrôler la dispersion chromatique des lentilles plates élargit leurs applications et introduit de nouvelles applications qui n'étaient pas encore possibles.
« En exploitant les aspects chromatiques, nous pouvons avoir encore plus de contrôle sur la lumière, " a déclaré Reza Khorasaninejad, chercheur associé au Capasso Lab et premier auteur de l'article. "Ici, nous faisons la démonstration de lentilles plates achromatiques et inventons également un nouveau type de lentille plate à dispersion chromatique inversée. Nous avons montré que l'on peut s'affranchir des contraintes de l'optique conventionnelle, offrant de nouvelles opportunités uniquement liées par l'imagination du designer."
Pour concevoir une lentille achromatique, une lentille sans dispersion chromatique, l'équipe a optimisé la forme, largeur, distance, et la hauteur des nanopiliers qui constituent le cœur des métalens. Comme dans les recherches précédentes, les chercheurs ont utilisé du dioxyde de titane en abondance pour créer le réseau nanométrique.
Cette structure permet aux métaux de focaliser des longueurs d'onde de 490 nm à 550 nm, essentiellement du bleu au vert, sans aucune dispersion chromatique.
"Cette méthode d'ingénierie de la dispersion peut être utilisée pour concevoir divers composants ultraminces avec les performances souhaitées, " dit Zhujun Shi, doctorant au Capasso Lab et co-premier auteur de l'article. "Cette plate-forme est basée sur la lithographie en une seule étape et est compatible avec les techniques de fabrication à haut débit telles que la nano-impression."
Le bureau de développement technologique de Harvard a déposé des demandes de brevet sur un portefeuille de technologies de lentilles plates et travaille en étroite collaboration avec Capasso et les membres de son groupe de recherche pour catalyser la commercialisation de cette technologie par le biais d'une start-up.
