Flytande kristall integrerade metalens. Kredit:Zhixiong Shen et al., Nanjings universitet.
Utvecklingen av metasytor öppnade en horisont för planoptikens framsteg. Bland metaenheter, metalens har väckt stor uppmärksamhet för praktiska tillämpningar inom avbildning och spektroskopi, eftersom det ger multifunktionella vågfrontsmanipulationer för förbättrad fokus.
Som en del av trenden med miniatyrisering och integration av fotoniska system, metalenses ersätter de traditionella refraktiva linserna gjorda av polerade kristaller eller polymerer. Men deras funktioner förblir statiska. Utsikten att förverkliga aktiva metalenser har motiverat introduktionen av material med speciella egenskaper såsom omkopplingsbara bifokaler eller diskreta brännvidder. Tills nyligen, dynamisk manipulation av metalenses, speciellt avstämbar kromatisk dispersion, har varit utom räckhåll.
Dynamisk fokusering med en enda metalens
Metalenses plågas av att inte fokusera alla färger till samma punkt, vilket är känt som kromatisk aberration. Att övervinna kromatisk aberration är en viktig fråga för förbättrad upplösning i fullfärgs- och hyperspektral avbildning. Tvärtom, för spektrografisk analys och tomografiska tillämpningar, kromatisk dispersion hjälper till att separera fokalpunkter för olika frekvenser för att undvika överhörning.
Förmågan att manipulera kromatisk dispersion dynamiskt med en enda metalens skulle främja systemintegration och funktionell mångsidighet.
Strukturella och THz-fjärrfältskarakteriseringar av de integrerade LC-metallerna:(a) SEM-mikrofotografi av den partiella dielektriska metaytan. (b) Mikrofotografi av de partiella fotomönstrade LC:erna under korsade polarisatorer. Skalstaplar i (a) och (b) indikerar 100 och 500 μm, respektive. (c) Simulerade och uppmätta brännvidder för metalens från 0,9 till 1,4 THz med/utan en mättad bias (75 Vrms). (d) Avbildning av en "leende ansikte"-mask med hjälp av denna metalens i bias OFF-läge. Bilden avslöjas tydligt inom det designade bredbandet på grund av den akromatiska fokuseringen. (e) Avbildning av samma mask med en mättad bias på LCs. Distorsionen vid lägre frekvenser beror på avvikelsen av brännvidden från den akromatiska. Kredit:Zhixiong Shen et al., Nanjings universitet.
Fotomönstrad flytande kristall
En forskargrupp från Nanjing University visade nyligen aktiv manipulation av kromatisk dispersion, uppnå akromatisk fokusering inom ett avsett bredband. Som rapporterats i den peer-reviewed, dagbok med öppen tillgång Avancerad fotonik , teamet integrerade en fotomönstrad flytande kristall i en dielektrisk metayta. I sin design, metaytan genererar en linjär-resonant fasdispersion, vilket innebär att fasfronten för den sända vågen fördröjs linjärt av den dielektriska metaytan. Den flytande kristallen (LC) är ansvarig för att generera frekvensoberoende geometrisk fasmodulering.
Teamet verifierade den kromatiska aberrationskontrollen för den kombinerade linsen och visade en signifikant dynamisk bredbandsbildkontrasteffekt. Designen kan utökas till andra aktiva metadevices; som ett exempel, teamet presenterade en stråldeflektor med kontrollerbar spridning. "Att kombinera flexibiliteten hos metadeenheter med de elektrooptiska bredbandsegenskaperna hos flytande kristaller gör designen kompetent för vågfrontskontroll från de synliga våglängderna till THz och mikrovågor, " kommenterade seniorförfattaren Prof. Yanqing Lu, vid College of Engineering and Applied Sciences vid Nanjings universitet.
Lus kollega vid Högskolan för ingenjörsvetenskap, senior författare professor Wei Hu, anteckningar, "Vi förväntar oss att flytande kristallintegrerade metadevices kommer att ge upphov till en mängd aktiva plana fotoniska element för att förbättra den funktionella flexibiliteten hos optiska system."
