Fig. 1 Démonstration de GO metalens et sa caractérisation. (a) Démonstration optique pour l'aiguille optique générée par GO metalens. (b) Démonstration optique pour quatre foyers axiaux générés par GO metalens. (c) Image optique de GO metalens prise par un microscope optique avec un objectif de ×20, NA=0,5, la barre d'échelle est de 50 µm. Crédit: Avancées opto-électroniques (2021). DOI :10.29026/oea.2021.200031
Dans une nouvelle publication de Avancées opto-électroniques , chercheurs dirigés par le professeur Baohua Jia à l'Université de technologie de Swinburne, Victoria, Australie, Professeur Cheng-Wei Qiu à l'Université nationale de Singapour, Singapour et le professeur Tian Lan à l'Institut de technologie de Pékin, Pékin, La Chine a envisagé la génération d'une aiguille optique super-résolue et d'un réseau multifocal à l'aide de métalenses à base d'oxyde de graphène.
Ultrafin et léger, les métalenses prennent de plus en plus d'importance pour leur utilisation dans les puces photoniques, les biocapteurs et les systèmes de micro-imagerie tels que les caméras des téléphones intelligents.
Par rapport aux lentilles conventionnelles, metalenses peut améliorer la qualité d'image des caméras actuelles, en améliorant la résolution et en supprimant les aberrations sphériques et chromatiques. Un seul élément métallique ultrafin (inférieur à l'épaisseur de 1/100 d'un cheveu humain) peut être utilisé à la place des systèmes d'imagerie à éléments multiples requis par les lentilles conventionnelles. En raison de l'interaction unique lumière-matière dans un plan 2D confiné, Les matériaux 2D sont idéaux pour une utilisation avec des métalenses, réduisant encore l'épaisseur requise de la lentille. Matériaux de la famille du graphène 2D, par exemple les oxydes de graphène, sont stables à l'air, ont de nombreuses applications et sont peu coûteux et faciles à fabriquer à grande échelle. Ils restent stables dans des environnements extrêmes, par exemple l'orbite terrestre inférieure dans l'aérospatiale, ont donc une utilisation potentielle dans les satellites remplaçant les lentilles encombrantes actuelles et améliorant la qualité de l'imagerie et réduisant les coûts de lancement.
Fig. 2 (a) Figure schématique de GO metalens sur un substrat de verre, l'épaisseur totale est de 200 nm. Lorsqu'il est réduit par laser femtoseconde dans la zone RGO, l'absorption et l'indice de réfraction augmentent tandis que l'épaisseur est réduite à 100 nm. Distribution d'intensité normalisée dans le plan x-z à partir du calcul théorique de la caractérisation de la focalisation de (b) taches multifocales axiales GO metalens et (c) aiguille optique GO metalens, respectivement. Crédit: Avancées opto-électroniques (2021). DOI :10.29026/oea.2021.200031
Les auteurs de cet article ont développé des métalenses d'oxyde de graphène de 200 nm d'épaisseur pour générer des distributions d'intensité focale spécialisées. Les métalenses d'oxyde de graphène ont la capacité de contrôler l'amplitude de la lumière (c'est-à-dire, transparence de la lentille) et phase (indice de réfraction et épaisseur de la lentille) simultanément. Cela diffère des autres métalenses, qui introduisent les modulations par nanofabrication multi-étapes ou multiniveaux de nano-éléments, les modulations des lentilles en oxyde de graphène sont introduites localement par le procédé de photo-réduction laser, qui convertit l'oxyde de graphène en matériau de graphène. Pendant le processus de réduction, le matériau devient plus mince et a un indice de réfraction et une absorption plus élevés. Basé sur les modulations simultanées de phase et d'amplitude, les auteurs démontrent un contrôle précis des distributions d'intensité focale en créant une aiguille optique ultra-longue super-résolue et un réseau multifocal axial, qui sont extrêmement difficiles pour les autres métalenses.
Les métalenses d'oxyde de graphène trouveront de larges applications dans la photonique intégrée et les systèmes photoniques compacts, y compris l'imagerie microscopique, manipulation optique et puces photoniques, et peut être intégré sur des puces microfluidiques pour former des dispositifs biophotoniques de laboratoire sur puce. Cette recherche constitue une base pour le développement de dispositifs photoniques intégrables ultrafins à base de graphène et ouvre la voie à des applications plus larges, comme le remplacement de l'objectif actuel de la caméra des téléphones portables permettant potentiellement une réduction de l'épaisseur des téléphones portables actuels.
