Eth Zürih’teki fizikçiler, olay ışığının dalga boyunu yarıya indirerek kızılötesi ışığı görünür ışığa dönüştürebilen bir lens geliştirdiler. Çalışma şurada yayınlandı Gelişmiş Malzemeler.
Lensler en yaygın kullanılan optik cihazlardır. Örneğin kamera lensleri veya hedefleri, bir odak noktasına ışık yönlendirerek keskin bir fotoğraf veya video üretir. Son yıllarda optik alanındaki evrim hızı, geleneksel hantal kameraların bugünün kompakt akıllı telefon kameralarına dönüştürülmesi ile örnekleniyor.
Yüksek performanslı akıllı telefon kameraları bile hala telefonun en kalın kısmını açıklayan bir lens yığını gerektirir. Bu boyut kısıtlaması, klasik lens tasarımının doğal bir özelliğidir – kalın bir lens, kamera sensöründe keskin bir görüntü yakalaması için ışığın bükülmesi için çok önemlidir.
Son 10 yılda optik alanındaki büyük adımlar bu sınırlamanın üstesinden gelmeye çalıştı ve metalensler şeklinde bir çözüm buldu. Düzler, normal lenslerle aynı şekilde performans gösteriyorlar ve ortalama bir insan saçından sadece 40 kat daha ince değil, aynı zamanda camdan yapılmasına gerek olmadığı için hafif.
Genişlik ve yükseklikte sadece yüz nanometre yapılardan oluşan özel bir metasurface (bir nanometre bir metrenin milyarda biridir) ışık yönünü değiştirir. Bu tür nanoyapıları kullanarak, araştırmacılar bir lensin boyutunu kökten azaltabilir ve daha kompakt hale getirebilir.
Özel malzemelerle birleştirildiğinde, bu nanoyapılar ışığın diğer olağandışı özelliklerini araştırmak için kullanılabilir. Bir örnek, ışığın bir renkten diğerine dönüştürüldüğü doğrusal olmayan optiklerdir.
Yeşil bir lazer kalem bu prensibe göre çalışır: Kızılötesi ışık, yüksek kaliteli kristalin bir malzemeden geçer ve dalga boyunun yarısının ışığını üretir-bu durumda yeşil ışık. Bu etkileri üreten iyi bilinen bir malzeme lityum niobattır. Bu, telekomünikasyon endüstrisinde, optik liflerle elektronik arayüzleri oluşturan bileşenler oluşturmak için kullanılır.
ETH Zürih Kuantum Elektronik Enstitüsü’nde profesör olan Rachel Grange, bu tür malzemelerle nanoyapıların üretimi konusunda araştırma yapıyor. O ve ekibi, Lityum Niobat’ın metalensler oluşturmak için kullanılmasına izin veren yeni bir süreç geliştirdi.
Yeni yöntemi için fizikçi kimyasal sentezi hassas nano -mühimmatla birleştirir. “Lityum niobat kristalleri için öncüleri içeren çözüm, hala sıvı bir durumdayken damgalanabilir. Gutenberg’in baskısına benzer şekilde çalışıyor.” Malzeme 600 ° C’ye ısıtıldıktan sonra, yeşil lazer kalem durumunda olduğu gibi ışığın dönüştürülmesini sağlayan kristal özellikler alır.
Sürecin birkaç avantajı vardır. Lityum niobat nanoyapıları üretmek, olağanüstü kararlı ve sert olduğu için geleneksel yöntemleri kullanmak zordur. Araştırmacılara göre, bu teknik kitle üretimi için uygundur, çünkü ters bir kalıp birden çok kez kullanılabilir ve gerektiği kadar çok metrajın basmasına izin verir. Ayrıca, diğer lityum niobat minyatürleştirilmiş optik cihazlardan çok daha uygun maliyetli ve daha hızlıdır.
Yeni ışık üreten ultra ince lensler
Bu tekniği kullanarak, Grange’nin grubundaki ETH araştırmacıları, tam olarak tasarlanmış nanoyapılara sahip ilk lityum niobat metalenslerini yaratmayı başardı. Normal ışık odaklama lensleri olarak çalışırken, bu cihazlar aynı anda lazer ışığının dalga boyunu değiştirebilir. 800 nanometre dalga boyuna sahip kızılötesi ışık, metalenlerden gönderildiğinde, diğer tarafta 400 nanometre dalga boyuna sahip görünür radyasyon ortaya çıkar ve belirlenmiş bir noktaya yönlendirilir.
Rachel Grange’in dediği gibi bu ışık dönüşümü büyüsü, sadece ultra ince metalenlerin özel yapısı ve doğrusal olmayan optik etki olarak bilinen şeyin oluşmasına izin veren bir malzemenin bileşimi ile mümkün olur. Bu etki, tanımlanmış bir lazer dalga boyu ile sınırlı değildir, bu da işlemi geniş bir uygulamalarda çok yönlü hale getirir.
Sahte geçirmez banknotlardan yeni nesil mikroskopi araçlarına kadar
Metalensler ve benzer hologram üreten nanoyapılar, banknotları ve menkul kıymetleri sahte korumalı hale getirmek ve sanat eserlerinin özgünlüğünü garanti etmek için güvenlik özellikleri olarak kullanılabilir. Kesin yapıları görünür ışık kullanılarak görülemeyecek kadar küçükken, doğrusal olmayan malzeme özellikleri oldukça güvenilir kimlik doğrulamasına izin verir.
Araştırmacılar ayrıca, sensörlerde, örneğin sensörlerde – görünür olan lazer ışığının emisyonunu dönüştürmek ve yönlendirmek için basit kamera dedektörlerini de kullanabilirler. Veya son teknoloji ürünü elektronik imalatında derin UV ışık desenleri için gereken ekipmanı azaltmak için.
Metasurfaces olarak bilinen bu tür ultra ince optik elementlerin alanı, fizik, malzeme bilimi ve kimya arasındaki arayüzde nispeten genç bir araştırma dalıdır. Grange, “Yüzeyi sadece şimdiye kadar çizdik ve bu tür yeni maliyet etkin teknolojinin gelecekte ne kadar etkisi olacağını görmek için çok heyecanlıyız” diyor.
