Физики из Гарвардской школы инженерного дела и прикладных наук (School of Engineering and Applied Sciences, SEAS) создали плоскую линзу диаметром 1 мм и толщиной 60 нм, которая преломляет световые волны так же, как обычная объёмная линза, но без оптических искажений.
Чтобы понять принцип работы новой линзы, нужно вспомнить школьный курс оптики. Обычная линза изменяет направление световых волн благодаря эффекту фазовой задержки на границе двух сред с разной плотностью. Поскольку скорость света имеет разное значение — отсюда и возникает фазовая задержка.
Анимация Олега Александрова
Вся традиционная оптика построена на таком эффекте, но не новая линза гарвардских физиков. Вместо использования материалов разной плотности и со специальной формой, они генерируют фазовую задержку с помощью точно рассчитанной сетки наноантенн на плоской поверхности — так называемого метаматериала.
Сама линза миллиметрового размера изготовляется из кремния. При толщине 60 нанометров пластинка остаётся прозрачной. Поверхность покрывается нанометровым слоем золота, из которого вытравливаются частицы нужной формы и располагаются концентрическими кругами. Антенна каждой формы реагирует с электромагнитным излучением на разной длине и создаёт фазовую задержку прямо на поверхности линзы. В правой части иллюстрации показана фазовая задержка для каждого участка. Таким образом, свету не нужно проходить через толщу обычной линзы — и поэтому исчезают многие характерные оптические искажения.
Как сообщается в пресс-релизе, можно делать такие линзы для «широкого диапазона: от инфракрасного до терагерцового», то есть от 1000 нм до 1 мм, если соответствующим образом подобрать размер, угол и расстояние между антеннами. Предполагается, что в первую очередь линза найдёт применение в оптоволоконных маршрутизаторах.
Заметим, что видимый диапазон 740-380 нм не попадает в упомянутую вилку, для него требуются наноантенны чуть меньшего размера. Но не за горами то время, когда будет создан коммерчески доступный метаматериал нанометровой толщины и для видимого света. Первые опытные образцы такого метаматериала появились несколько лет назад. Это совершенно революционная технология, которая может полностью трансформировать оптическую промышленность.
Результаты своей работы учёные опубликовали в журнале Nano Letters.
