In een nieuwe publicatie van Opto-elektronische vooruitgang, onderzoekers onder leiding van professor Baohua Jia aan de Swinburne University of Technology, Victoria, Australië, professor Cheng-Wei Qiu aan de National University of Singapore, Singapore en professor Tian Lan aan het Beijing Institute of Technology, Beijing, China, beschouwden de generatie van super-resolved optische naald en multifocale array met behulp van grafeenoxide metalenses.
Metaaldunne en lichtgewicht metalen lenzen worden steeds belangrijker voor hun gebruik in fotonische chips, biosensoren en microbeeldvormingssystemen zoals smartphonecamera’s.
Vergeleken met conventionele lenzen, kunnen metalen lenzen de beeldkwaliteit van huidige camera’s verbeteren door de resolutie te verbeteren en sferische en chromatische aberraties te verwijderen. Een enkel ultradun (minder dan de dikte van 1/100 van een mensenhaar) metalens-element kan worden gebruikt in plaats van de beeldvormingssystemen met meerdere elementen die nodig zijn voor conventionele lenzen. Vanwege de unieke interactie tussen licht en materie in een beperkt 2D-vlak, zijn 2D-materialen ideaal voor gebruik met metalen lenzen, waardoor de vereiste dikte van de lens verder wordt verminderd. Materialen uit de 2D-grafeenfamilie, bijvoorbeeld grafeenoxiden, zijn luchtstabiel, hebben veel toepassingen en zijn goedkoop en gemakkelijk op grote schaal te vervaardigen. Ze blijven stabiel in extreme omgevingen, bijvoorbeeld in een lagere baan om de aarde in de lucht- en ruimtevaart, en kunnen dus worden gebruikt in satellieten die de huidige omvangrijke lenzen vervangen en de beeldkwaliteit verbeteren en de lanceringskosten verlagen.
De auteurs van dit artikel ontwikkelden grafeenoxidemetalen van 200 nm dik om gespecialiseerde focale intensiteitsverdelingen te genereren. De metaallenzen van grafeenoxide kunnen de lichtamplitude (dwz de transparantie van de lens) en de fase (brekingsindex en dikte van de lens) gelijktijdig regelen. Dit verschilt van andere metalenses, die de modulaties introduceren door middel van meerstaps nanofabricage of multilevel van nano-elementen, de modulaties van grafeenoxidelenzen worden lokaal geïntroduceerd door het laserfoto-reductieproces, dat grafeenoxide omzet in grafeenmateriaal. Tijdens het reductieproces wordt het materiaal dunner en heeft het een hogere brekingsindex en absorptie. Op basis van de gelijktijdige fase- en amplitudemodulaties, demonstreren de auteurs nauwkeurige controle van de focale intensiteitsverdelingen door een super-resolved ultra-lange optische naald en een axiale multifocale array te creëren, die buitengewoon uitdagend zijn voor andere metalenses.
Grafeenoxide metalenses zullen brede toepassingen vinden in geïntegreerde fotonica en compacte fotonische systemen, inclusief microscopische beeldvorming, optische manipulatie en fotonische chips, en kunnen worden geïntegreerd op microfluïdische chips om lab-on-a-chip biofotonische apparaten te vormen. Dit onderzoek vormt een basis voor de ontwikkeling van op grafeen gebaseerde ultradunne integreerbare fotonische apparaten en maakt de weg vrij voor bredere toepassingen, zoals het vervangen van de huidige cameralens van mobiele telefoons, waardoor mogelijk de dikte van de huidige mobiele telefoons kan worden verminderd.
Hongtao Wang et al. Genereren van super-resolved optische naald en multifocale array met behulp van grafeenoxide metalenses, Opto-elektronische vooruitgang (2021). DOI: 10.29026 / oea.2021.200031
Geleverd door Compuscript Ltd