Китайские учёные совершили значительный прорыв в создании следующего поколения оптических технологий, таких как полноцветная съёмка и мультиспектральные датчики. Исследователи из Нанкинского университета под руководством профессоров Ицзюнь Фэна и Кэ Чэня разработали инновационную ультратонкую метаповерхность. Их метод позволяет независимо и без искажений управлять светом с двумя разными типами поляризации, что раньше было серьёзным технологическим вызовом.
Основная проблема, которую решает это изобретение, — хроматические аберрации. Когда свет разных длин волн (цветов) проходит через обычные линзы, он преломляется под slightly разными углами, вызывая цветовые искажения и снижая чёткость изображения. Существующие метаповерхности — искусственные структуры из наноразмерных элементов — могли корректировать эти искажения, но, как правило, только для света с одной определённой поляризацией, что ограничивало их применение.
Новый подход объединяет два физических принципа — так называемые геометрические фазы — в рамках одного слоя микроскопических элементов (метаатомов). Одна фаза отвечает за "разблокировку" и разделение лучей с правой и левой круговой поляризацией, а вторая позволяет расширить диапазон управления световой волной. Это даёт возможность независимо настраивать как фазу, так и групповую задержку для каждого типа поляризованного света, сохраняя высокое качество в широком диапазоне частот.
Работоспособность метода была экспериментально подтверждена в микроволновом диапазоне (8-12 ГГц), который часто используется для экспериментальной проверки оптических технологий. Этот диапазон удобен для лабораторных экспериментов, так как позволяет использовать относительно недорогое и управляемое оборудование, а физические принципы масштабируются с оптическим диапазоном, что упрощает проверку концепций. Исследователи создали и протестировали устройства, такие как ахроматические отклонятели луча и металлинзы. Эти устройства стабильно направляли или фокусировали лучи разной поляризации без искажений по всей полосе частот.
Кроме того, команда представила дизайны для терагерцового диапазона — части электромагнитного спектра между микроволнами и инфракрасным излучением, что доказывает применимость метода не только к микроволнам, но и к другим областям спектра. Терагерцовый диапазон находит применение в системах безопасности, медицинской визуализации, беспроводной связи высокой ёмкости и анализе материалов.
Эта работа открывает путь к созданию более компактных и многофункциональных оптических систем. В будущем данную технологию можно будет адаптировать для видимого света, что приведёт к появлению новых камер, датчиков и компонентов для интегральной оптики. Учёные также отмечают, что для оптимизации таких устройств можно использовать методы искусственного интеллекта, что ускорит их внедрение в реальные коммерческие продукты.
Источник: This ultra-thin surface controls light in two completely different ways