Фізики з Гарвардської школи інженерії та прикладних наук (SEAS) створили ультратонкі плоскі лінзи. Ці лінзи фокусують світло, не допускаючи викривлень, властивих традиційним лінзам. При товщині всього лише 60 нм ці лінзи є фактично двовимірними, але не зважаючи на це, їхня сила фокуса досягає фізичних меж, встановлених законами дифракції.
Вони працюють із довжинами хвиль, широко розповсюджених в оптоволоконних комунікаціях - від близьких до інфрачервоного діапазону до терагерцових довжин хвиль. Важливо те, що виробництво таких лінз не відрізняється надзвичайною складністю для сучасних нанотехнологій.
"Наші плоскі лінзи втілюють новий тип технологій, - сказав науковий керівник професор прикладної фізики в SEAS Федеріко Капассо (Federіco Capasso). - Ми представляємо новий спосіб створення лінз. Замість фазових затримок при проходженні світла через всю товщину матеріалу можна створити миттєве фазове зміщення безпосередньо на поверхні лінз. Це дуже цікаво".
Пан Капассо та його співробітники в SEAS створили плоскі лінзи шляхом покриття дуже тонкої кремнієвої пластини нанометровим шаром золота методом електролізу. Далі вони частково вилучили золотий шар, залишивши масив клиноподібних структур, рівномірно розподілених рядами по всій поверхні. Коли група дослідників пропустила лазер через плоскі лінзи, ці структури працювали по принципу наноантен, які на мить втримують вхідне світло перед його подальшим випромінюванням. Ці затримки, які точно настроєні по всій площині лінз, змінюють напрямок світла настільки ж, як це відбувається в опуклих скляних лінзах, але з деякою позитивною різницею.
Плоскі лінзи усувають оптичні викривлення начебто ефекту "риб'ячого ока", який виникає на традиційних ширококутних лінзах. Аберації астигматизму та коми також не виникають. У результаті зображення або сигнал дуже акуратні і не мають потреби у використанні яких-небудь складних коригувальних технік. Масив наноантен, який називають метаповерхнею, може бути настроєний під особливий тип світла або довжину хвилі простою зміною розміру, кута та відстані між антенами.
"Потенційно в майбутньому ми зможемо замінити всю масу компонентів у більшості оптичних систем плоскими лінзами, - сказав провідний автор проекту Франческо Аієта (Francesco Aіeta), аспірант Політехнічного університету в Марку (Італія). - Це, звичайно ж, захоплює уяву".
Ліворуч: мікрознімок плоскої лінзи діаметром 1 мм, виконаних із кремнію, її поверхня покрита концентричними кільцями золотих оптичних наноантен, які повідомляють променям, що минають лінзу, різні затримки. Праворуч: забарвлені кільця, що показують магнітуду фазового зміщення відповідних кілець (ілюстрація Франческо Аієта)
Співавторами Аієта та Капассо в SEAS є доктор Патрік Женеві (Patrіce Genevet) і кандидат наук Наньфан Ю (Nanfang Yu), аспіранти Михайло Кац (Mіkhaіl Kats) і Ромейн Бланчард (Romaіn Blanchard) і вчений Зено Габуррл (Zeno Gaburro).
Технологія створення плоских лінз визначає і сферу їх застосування: по-перше, на сьогоднішній день це оптоволокно та інші технічні напрямки, де застосовується лазер; по-друге, дана оптика в перспективі, за умови доведення міцності і площі до потрібних показників, може використовуватися в мобільних приладаї - компактність, відсутність викривлень можуть помітно спростити і якісно поліпшити оптичні системи смартфонів і планшетів. Нарешті, слова Франческо Аієта говорять про те, що в майбутньому дані покриття можуть бути поширені і на більш габаритні лінзи фототехніки, окулярів і т.д.