Teleskop dengan metalens bukaan besar menggambarkan Bulan

Langkah penting menuju penggunaan praktis permukaan meta optik telah diambil oleh para peneliti di AS. Tim tersebut menggunakan proses manufaktur semikonduktor umum untuk menghasilkan bukaan besar, logam datar. Performa optiknya didemonstrasikan dengan menggunakannya sebagai lensa objektif dalam teleskop sederhana yang diarahkan ke Bulan. Teleskop tersebut mencapai daya penyelesaian yang unggul dan menghasilkan gambar yang jelas dari permukaan Bulan.

Teleskop telah digunakan untuk mengintip ke alam semesta selama lebih dari 400 tahun. Pada awal 1600-an, Galileo Galilei menggunakan teleskop untuk mengamati bulan-bulan Jupiter dan tahun lalu James Webb Space Telescope mulai mengambil gambar kosmos yang spektakuler.

Teleskop yang digunakan saat ini oleh para astronom profesional cenderung berukuran besar dan besar, yang seringkali membatasi bagaimana dan di mana mereka dapat digunakan. Ukuran instrumen ini adalah hasil dari aperturnya yang besar dan sistem optik multi-elemen yang seringkali rumit yang diperlukan untuk menghilangkan aberasi dan memberikan performa tinggi yang diinginkan.

Struktur nano yang direkayasa

Metasurfaces optik menawarkan cara potensial untuk membuat teleskop dan sistem optik lainnya lebih kecil dan lebih sederhana. Ini adalah struktur nano yang direkayasa yang dapat dianggap sebagai rangkaian antena optik buatan (lihat gambar). Antena ini dapat memanipulasi cahaya, mengubah, misalnya, amplitudo, fase, dan polarisasinya.

Metasurfaces ini dapat direkayasa untuk memfokuskan cahaya, sehingga menciptakan metalenses yang dapat menawarkan keuntungan signifikan dibandingkan optik konvensional. Misalnya, permukaan datar metalenses bebas dari aberasi sferis dan metalens sangat tipis dan berbobot rendah jika dibandingkan dengan optik konvensional.

Namun, produksi metalenses masih dalam tahap awal. Metode fabrikasi saat ini didasarkan pada sistem pemindaian seperti litografi berkas elektron (e-beam) dan berkas ion terfokus (FIB). Ini lambat, mahal, dan membatasi ukuran metalense hanya beberapa milimeter. Hal ini membuat produksi volume besar hampir tidak mungkin dan berarti metalense saat ini mahal dan terlalu kecil untuk aplikasi apertur besar seperti teleskop.

Teleskop meta

Sekarang, para peneliti di Pennsylvania State University dan Pusat Penerbangan Luar Angkasa NASA-Goddard telah menemukan cara yang jauh lebih baik untuk membuat logam. Prosesnya dapat ditingkatkan untuk produksi skala besar dan dapat digunakan untuk membuat logam dengan ukuran apertur besar yang cocok untuk aplikasi teleskop.

Tim tersebut menggunakan litografi deep-ultraviolet (DUV), yang merupakan teknik yang biasa digunakan dalam industri semikonduktor. Proses mereka melibatkan pembuatan pola bagian atas wafer silika empat inci. Meta-lensa berdiameter 80 mm mereka dibagi menjadi 16 bagian yang digabungkan dengan memaparkan pola yang sama pada kuadran wafer yang berbeda. Jahitan pola dan rotasi wafer menghilangkan kebutuhan akan satu topeng besar yang mahal yang memperlihatkan seluruh permukaan.

Profil intensitas

Kinerja metalens dicirikan dengan mengukur profil intensitas sinar laser terfokus pada rentang panjang gelombang luas yang mencakup 1200–1600 nm. Tes menunjukkan bahwa metalens dapat memfokuskan cahaya dengan rapat mendekati batas difraksi pada seluruh rentang, meskipun dirancang untuk beroperasi pada 1450 nm. Namun, dispersi difraksi memvariasikan panjang fokus di seluruh rentang panjang gelombang – efek merugikan yang disebut aberasi kromatik.

Resolving power dari metalens diuji dengan menggunakannya sebagai lensa objektif di dalam teleskop. Tim menggunakan teleskop untuk berhasil mencitrakan berbagai fitur permukaan Bulan dengan ukuran fitur penyelesaian minimum sekitar 80 km. Ini adalah daya penyelesaian terbaik yang pernah dilaporkan untuk jenis logam ini sejauh ini.

Sistem generasi berikutnya

Peneliti utama Xingjie ni di Pennsylvania State University percaya bahwa metasurfaces dapat menjadi pengubah permainan dalam optik, karena kemampuannya yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk manipulasi cahaya menjadikannya kandidat yang kuat untuk sistem optik generasi mendatang. Ini, katanya, adalah mengapa timnya berdedikasi untuk memajukan kemampuan metasurfaces yang dapat diskalakan dan ramah pabrikasi.

“Kami berencana untuk meningkatkan teknik desain kami untuk mencapai struktur nano yang toleran terhadap ketidaksempurnaan. Ini akan memungkinkan kami untuk menggunakan teknologi manufaktur volume tinggi seperti photolithography untuk membuat metalenses skala besar bekerja dalam rentang yang terlihat dan menggabungkan desain nanoantenna yang lebih kompleks, misalnya, nanoantenna berbentuk bebas, untuk mengkompensasi aberasi kromatik, ”katanya. Dunia Fisika.

Metasurfaces membantu membentuk sinar laser

Din Ping Tsai di Universitas Kota Hong Kong tidak terlibat dalam penelitian ini dan menurutnya karya ini memperluas skenario kerja logam dan akan menginspirasi penelitian tentang logam dengan lubang besar. Dia mengatakan bahwa litografi DUV dapat digunakan untuk mencapai produksi throughput tinggi metalenses biaya rendah dengan resolusi yang wajar. Ini akan membawa komponen ke komersialisasi dan menjadikannya bagian dari kehidupan kita sehari-hari di tahun-tahun mendatang.

Tsai percaya bahwa chromatic aberration di Penn State metalens membatasi penggunaannya untuk aplikasi monokromatik. Dia juga menunjukkan bahwa desain lensa meta achromatic broadband area luas masih merupakan tantangan besar dan sangat diminati. Selain itu, ia percaya bahwa topeng besar adalah cara yang disukai untuk membuat metalenses untuk menghindari kesalahan penjahitan dan untuk menyederhanakan proses fabrikasi.

Penelitian tersebut dijelaskan dalam Huruf Nano ACS.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/telescope-with-large-aperture-metalens-images-the-moon/