“Метаповерхностная” оптика позволит улучшить качество камер смартфонов и создать простые 3D-дисплеи

IT новости на Учитель программирования Ру
Инженеры из Калифорнийского технологического института создали оптический метаматериал, материал, поверхность которого покрыта крошечными кремниевыми столбиками, которые действуют как своего рода волноводы для света. Форма, геометрические размеры и ориентация в пространстве этих столбиков позволяют управлять фазой волн света, проходящего через поверхность, что дает возможность управления поляризацией, фокусировать свет особым образом и производить с ним другие более сложные действия. А это все, в свою очередь, можно использовать для создания жидкокристаллических дисплеев, камер и трехмерных очков нового поколения.

“Метаповерхности – это объекты со структурированной поверхностью, настолько тонкие, что их условно можно считать двухмерно-плоскими. Их структура определяет весьма необычные и уникальные оптические свойства этих материалов, на базе которых мы пытаемся создать платформу нового типа для разных оптических устройств” – рассказывает Амир Арбэби (Amir Arbabi), ученый из лаборатории Квантовой оптики Калифорнийского технологического института.

Кремниевые столбики, для того, чтобы работать должным образом, должны быть несколько короче, нежели длина волны света, с которым они работают. В случае созданной учеными метаповерхности, высота этих столбиков составляет 715 нанометров, а длина волны инфракрасного света, на который воздействуют эти столбики, составляет 915 нанометров. “Однако, мы достаточно просто можем сделать элементы структуры метаповерхности короче и заставить ее работать в диапазоне видимого света” – рассказывает Амир Арбэби. Столбики имеют диаметры от 65 до 455 нанометров, а их форма немного искажена в сторону эллиптической формы. Эллиптическая составляющая формы всех столбиков ориентирована не в одну сторону, это, вместе с различной толщиной столбиков, определят каким способом каждый из них поляризует и фокусирует проходящий через него свет.

Многие из эффектов, которые обеспечивает метаповерхность, могут быть получены при помощи традиционных оптических элементов и устройств, правда это потребует выстраивания в линию некоторого числа базовых оптических компонентов, таких, как линзы, призмы и расщепители лучей. Использование метаповерхности позволяет сделать все тоже самое с меньшим количеством элементов, обеспечивая, при этом, более высокое качество. Это, в свою очередь, позволит создать более компактные, более высококачественные объективы для камер мобильных телефонов, системы управления лучами промышленных лазеров, коммуникационные лазерные системы, трехмерные дисплеи, изображение на которых видимо под разными углами, и многое другое.

Самым интересным является то, что такие метаповерхности могут быть изготовлены при помощи технологии литографии, используемые при производстве полупроводниковых чипов, не требуя производства отдельных компонентов и последующей ручной установки их на место, как это было сделано во время изготовления опытных образцов. Но это еще не означает, что уже завтра на рынке появятся устройства с оптическими элементами на базе метаповерхностей. Для этого ученым потребуется более глубоко изучить свойства метаповерхностей различного типа и обеспечить повторяемость результатов в условиях массового производства. “Мы дали людям одну из универсальных структур” – рассказывает Амир Арбэби, – “И любой специалист, взяв ее за основу, может спроектировать любой оптический компонент, обладающий необходимым набором оптических свойств”.

Источник


Поделиться ссылочкой: