Images d'une cible de résolution de l'US Air Force, un test de résolution optique microscopique, imagé avec (à gauche) et sans (à droite) le métacorrecteur. La largeur de ligne de la première ligne du groupe 7 de la cible de résolution est de 3,91 micromètres. La barre d'échelle est de 25 micromètres. Crédit :Capasso Lab/Harvard SEAS
Les systèmes optiques d'aujourd'hui, des caméras pour smartphones aux microscopes de pointe, utilisent une technologie qui n'a pas beaucoup changé depuis le milieu des années 1700. Lentilles composées, inventé vers 1730, corriger les aberrations chromatiques qui amènent les lentilles à focaliser différentes longueurs d'onde de lumière à différents endroits. Bien qu'efficace, ces verres multi-matériaux sont encombrants, cher, et nécessitent un polissage ou un moulage de précision et un alignement optique très soigné. Maintenant, un groupe de chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) pose la question suivante :n'est-il pas temps de procéder à une mise à niveau ?
Les chercheurs de SEAS ont développé un soi-disant métacorrecteur, une surface monocouche de nanostructures capable de corriger les aberrations chromatiques dans tout le spectre visible et pouvant être incorporée dans des systèmes optiques commerciaux, des lentilles simples aux microscopes haut de gamme. Le métacorrecteur a éliminé les aberrations chromatiques dans un objectif commercial sur tout le spectre de la lumière visible. L'appareil fonctionne également pour les objectifs super complexes avec jusqu'à 14 objectifs conventionnels, utilisé dans les microscopes à haute résolution.
La recherche est décrite dans Lettres nano .
"Notre technologie de métacorrecteur peut fonctionner en tandem avec des composants optiques réfractifs traditionnels pour améliorer les performances tout en réduisant considérablement la complexité et l'encombrement du système, pour une large gamme d'applications à haut volume", a déclaré Federico Capasso, le professeur Robert L. Wallace de physique appliquée et Vinton Hayes chercheur principal en génie électrique à SEAS et auteur principal de l'article.
Dans des recherches antérieures, Capasso et son équipe ont démontré que les métasurfaces, des réseaux de nanopiliers espacés de moins d'une longueur d'onde, peut être utilisé pour manipuler la phase, l'amplitude et la polarisation de la lumière et permettent de nouvelles, dispositifs optiques ultra-compacts, y compris les verres plats. Cette recherche utilise les mêmes principes pour régler et contrôler l'indice de réfraction effectif de chaque nanopilier afin que toutes les longueurs d'onde soient amenées par le métacorrecteur au même point focal.
Image SEM du métacorrecteur. L'indice de réfraction de chaque nanopilier peut être réglé et contrôlé de sorte que toutes les longueurs d'onde soient portées au même point focal. Crédit :Harvard SEAS
« Vous pouvez imaginer la lumière sous forme de différents paquets délivrés à différentes vitesses au fur et à mesure qu'elle se propage dans les nanopiliers. Nous avons conçu les nanopiliers de manière à ce que tous ces paquets arrivent au point focal en même temps et avec la même largeur temporelle, " a déclaré Wei Ting Chen, un associé de recherche en physique appliquée à SEAS et premier auteur de l'article.
"L'utilisation de métacorrecteurs est fondamentalement différente des méthodes conventionnelles de correction d'aberrations, tels que la mise en cascade de composants optiques réfractifs ou l'utilisation d'éléments diffractifs, puisqu'il s'agit d'ingénierie des nanostructures, " a déclaré Alexandre Zhu, un étudiant diplômé à SEAS et co-auteur de l'étude. "Cela signifie que nous pouvons aller au-delà des limitations matérielles des lentilles et avoir de bien meilleures performances."
Prochain, les chercheurs visent à augmenter l'efficacité des dispositifs optiques haut de gamme et miniatures.
L'Office of Technology Development de Harvard a protégé la propriété intellectuelle relative à ce projet et explore les possibilités de commercialisation.
