Överlagring av två filmskikt mönstrade med en nanoskala kan manipulera spridningen av ljus för att skapa en kraftfull ultratunn lins.

Ultratunna nanostrukturerade filmer som styr ljusutbredning ger ett sätt att integrera optiska komponenter i bärbara och bärbara elektroniska enheter. Att vrida en bunt med sådana filmer erbjuder ett enkelt sätt att kontrollera deras beteende och prestanda, KAUST -forskning visar.

En yta mönstrad med en rad nanometerskalstrukturer kan förändra egenskaperna hos ljus som passerar genom den. Varje element i matrisen beter sig som en liten antenn som styr ljusets lokala fas; det är ljusvågans relativa position i dess oscillerande cykel. Dessa ultratunna lager kallas metalenses eftersom de kan fokusera ljus precis som en konventionell, fast mycket tjockare, glaslins, samtidigt som den är mer funktionell.

"Denna teknik kan godtyckligt forma ljuset pixel för pixel, vilket är omöjligt för konventionella linser på grund av tillverkningsbegränsningar, "säger doktoranden Ronghui Lin." Metallens teknik har potential att ersätta de enorma linsenheterna som används i professionella reflexkameror med ett objektiv så tunt som ett vykort. "

En utmaning i utvecklingen av multifunktionella metalenses är deras begränsade effektivitet. Ett möjligt sätt att förbättra detta är att stapla metallerna. Genom att göra det här, Lin och hans handledare, Xiaohang Li, upptäckte att nytt fenomen kan aktiveras när en metall läggs ovanpå en annan.

Teamet tittade på en metall med en yta täckt av en rad fenor eller cylindrar med ett elliptiskt tvärsnitt. Genom att variera den relativa orienteringen för dessa fenor, linsen kan lägga till en geometrisk fas till inkommande cirkulärt polariserat ljus. "Tänk på rotation av händerna på en klocka, som återvänder till samma plats varje dag, "förklarar Lin." Rotationsvinkeln för dessa nanofiner fungerar på ett liknande sätt. När ljus passerar genom dessa strukturer, dess fas eller "tid" ändras. "Graden av förändring beror på nanofinrotationen. Detta är ett kraftfullt verktyg för att manipulera cirkulärt polariserat ljus.

Lin och Li använde en matematisk metod som kallas tidsändesimuleringar med begränsad skillnad för att modellera ljusutbredning i ett metallensystem som består av två staplade faselement. Deras resultat visade att genom att vrida den relativa inriktningen av de två lagren, ett fenomen som liknar Moiré -effekten kan observeras (se bilden nedan). Teamet använde detta fenomen för att utveckla bifokala metaller med kontrollerbar brännvidd och intensitetsförhållande. "Vi tror att denna flerlagers metallens arkitektur också kan gälla andra system och uppnå mer komplicerade funktioner, säger Lin.