Forskare vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) har utvecklat en platt optisk komponent som samtidigt är en metalens, ett mikroskopobjektiv som kan lösa detaljer som är mindre än ljusets våglängd, och en optisk virvel- och hologramgenerator. Varje funktion styrs av olika våglängder av ljus.

"Genombrottet för denna nya platta optiska enhet är att den radikalt kan ändra sin funktion baserat på våglängden av ljus den reflekterar, sa Federico Capasso, Robert Wallace professor i tillämpad fysik vid SEAS och senior författare till forskningen. "Genom att knyta funktionalitet till våglängd, vi har öppnat en hel rad nya möjligheter för metasytor."

Forskningen publicerades i Nanobokstäver .

"I denna forskning, vi kopplade bort funktioner vid olika våglängder, " sa Zhujun Shi, uppsatsens första författare och doktorand vid SEAS. "Jämfört med tidigare platta optiska enheter, den här enheten har en extra grad av frihet som du kan ställa in på olika våglängder. Till exempel, i en färg, den här linsen beter sig som en traditionell metalens men vid en annan våglängd, den genererar en virvelstråle."

Harvard Office of Technology Development har skyddat de immateriella rättigheterna i samband med detta projekt och undersöker kommersialiseringsmöjligheter.

Linsen bygger på tidigare teknologi utvecklad i Capasso Lab, som använde olika polariserat ljus för att ändra funktionen hos en lins. Men eftersom det bara finns två former av cirkulärt polariserat ljus - medurs eller moturs - kunde forskarna bara bädda in två olika funktioner i metaytan.

"Genom att styra enhetsfunktionen med våglängd, snarare än polarisering som är bunden till två tillstånd, vi har dramatiskt ökat linsens informationskapacitet, " sa Mohammadreza Khorasaninejad, medförsta författare till tidningen och tidigare postdoktor i Capasso Lab. "Med denna teknik, vi visade en akromatisk metalens i blått, grön, gula och röda våglängder, två strålgeneratorer, och ett fullfärgshologram."

Även om detta inte är den första linsen som knyter funktionen till våglängden, det är det mest effektiva. Tidigare våglängdsberoende metalenser kodade olika funktioner i olika områden av ytan; till exempel, rött ljus skulle fokuseras i en kvadrant och blått ljus i en annan.

Med denna teknik, Shi och resten av teamet konstruerade de individuella optiska elementen i nanoskala för att bädda in funktionalitet på lokal nivå, över hela linsen.

"Genom att koda allt lokalt, i ett enda lager, vi förbättrade effektiviteten från 8 procent som visats i tidigare våglängdsberoende metasytor till mer än 30 procent, sa Yao-Wei Huang, medförsta författare till uppsatsen och postdoktor vid SEAS.

Nästa, teamet strävar efter att förbättra effektiviteten ytterligare och utveckla en sändning, snarare än en reflekterande lins.