Telescopul cu metale cu deschidere mare imaginează Luna

Un pas important spre utilizarea practică a metasuprafețelor optice a fost făcut de cercetătorii din SUA. Echipa a folosit un proces comun de fabricare a semiconductorilor pentru a produce o deschidere mare, metalens plat. Performanța sa optică a fost demonstrată prin utilizarea sa ca obiectiv obiectiv într-un telescop simplu care era îndreptat către Lună. Telescopul a obținut o putere de rezoluție superioară și a produs imagini clare ale suprafeței Lunii.

Telescoapele au fost folosite pentru a observa universul de mai bine de 400 de ani. La începutul anilor 1600, Galileo Galilei a folosit un telescop pentru a observa lunile lui Jupiter, iar anul trecut telescopul spațial James Webb a început să ia imagini spectaculoase ale cosmosului.

Telescoapele folosite astăzi de astronomii profesioniști tind să fie mari și voluminoase, ceea ce impune adesea limite asupra modului și unde pot fi utilizate. Dimensiunea acestor instrumente este rezultatul deschiderilor lor mari și al sistemelor optice cu mai multe elemente, adesea complicate, care sunt necesare pentru a elimina aberațiile și pentru a oferi performanța ridicată dorită.

Nanostructuri proiectate

Metasuprafețele optice oferă o modalitate potențială de a face telescoapele și alte sisteme optice mai mici și mai simple. Acestea sunt nanostructuri proiectate care pot fi considerate ca o serie de antene optice artificiale (vezi figura). Aceste antene pot manipula lumina, modificând, de exemplu, amplitudinea, faza și polarizarea acesteia.

Aceste metasuprafețe pot fi proiectate pentru a focaliza lumina, creând astfel metalense care pot oferi avantaje semnificative față de optica convențională. De exemplu, suprafețele plane ale metalenselor sunt lipsite de aberații sferice, iar metalensele sunt ultrasubțiri și cu greutate redusă în comparație cu optica convențională.

Cu toate acestea, producția de metalens este încă la început. Metodele actuale de fabricație se bazează pe sisteme de scanare, cum ar fi litografia cu fascicul de electroni (e-beam) și tehnicile cu fascicul ionic focalizat (FIB). Acestea sunt lente, costisitoare și limitează dimensiunea metalenelor la doar câțiva milimetri. Acest lucru face ca producția în volum mare să fie aproape imposibilă și înseamnă că metalense sunt în prezent scumpe și prea mici pentru aplicațiile cu deschidere mare, cum ar fi telescoapele.

Un meta-telescop

Acum, cercetătorii de la Universitatea de Stat din Pennsylvania și Centrul de Zbor Spațial NASA-Goddard au venit cu o modalitate mult mai bună de a face metalens. Procesul lor poate fi extins pentru producția la scară largă și poate fi folosit pentru a crea metalens cu deschideri mari care sunt potrivite pentru aplicații cu telescop.

Echipa a folosit litografie cu ultraviolete adânci (DUV), care este o tehnică folosită în mod obișnuit în industria semiconductoarelor. Procesul lor a implicat modelarea vârfului unei napolitane de silice de patru inci. Meta-lentila lor cu diametrul de 80 mm a fost împărțită în 16 părți care au fost combinate prin expunerea acelorași modele pe diferite cadrane ale plachetei. Cusăturile modelului și rotația plachetelor au eliminat necesitatea unei măști mari și costisitoare, care să expună întreaga suprafață.

Profil de intensitate

Performanța metalens a fost caracterizată prin măsurarea profilului de intensitate al fasciculelor laser focalizate pe o gamă largă de lungimi de undă care se întinde pe 1200-1600 nm. Testele au arătat că metalens pot focaliza strâns lumina aproape de limita de difracție pe întreaga gamă, în ciuda faptului că sunt proiectate să funcționeze la 1450 nm. Cu toate acestea, dispersia difractivă a variat distanța focală pe toată gama de lungimi de undă - un efect dăunător numit aberație cromatică.

Puterea de rezoluție a metalens a fost testată folosindu-l ca lentilă obiectiv în interiorul unui telescop. Echipa a folosit telescopul pentru a vizualiza cu succes diverse caracteristici ale suprafeței Lunii, cu o dimensiune minimă a caracteristicilor cu rezoluție de aproximativ 80 km. Aceasta este cea mai bună putere de rezoluție raportată până acum pentru acest tip de metalens.

Sisteme de generație următoare

Cercetător principal Xingjie Ni de la Universitatea de Stat din Pennsylvania consideră că metasuprafețele pot schimba jocul în optică, deoarece capacitatea lor fără precedent de manipulare a luminii le face candidați puternici pentru sistemele optice de generație următoare. Acesta, spune el, este motivul pentru care echipa sa este dedicată dezvoltării capabilităților metasuprafețelor scalabile, prietenoase cu fabricarea.

„Plănuim să ne îmbunătățim tehnicile de proiectare pentru a obține nanostructuri tolerante la fabricație. Acest lucru ne va permite să folosim tehnologie de producție de mare volum, cum ar fi fotolitografia, pentru a face metalens la scară mare care funcționează în intervalul vizibil și pentru a încorpora modele de nanoantene mai complexe, de exemplu, nanoantene cu formă liberă, pentru a compensa aberația cromatică”, spune el. Lumea fizicii.

Metasuprafețele ajută la modelarea fasciculelor laser

Din Ping Tsai de la Universitatea City din Hong Kong nu a fost implicat în cercetare și el crede că această lucrare extinde scenariile de lucru ale metalenses și va inspira cercetarea asupra metalenses cu deschideri mari. El spune că litografia DUV ar putea fi utilizată pentru a obține producția de producție mare a metalenselor cu cost redus, cu rezoluție rezonabilă. Acest lucru ar aduce componentele în comercializare și le-ar face parte din viața noastră de zi cu zi în următorii ani.

Tsai consideră că aberația cromatică din metalens Penn State limitează utilizarea acesteia la aplicații monocromatice. El subliniază, de asemenea, că proiectarea meta-lentilelor acromatice cu bandă largă de bandă largă este încă o mare provocare și este foarte solicitată. În plus, el consideră că o mască mare este modalitatea preferată de a face metalens pentru a evita erorile de cusătură și pentru a simplifica procesul de fabricație.

Cercetarea este descrisă în ACS Nano Letters.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/telescope-with-large-aperture-metalens-images-the-moon/