Metalens-integrerad bildbehandlingsenhet, från Xu et al., doi 10.1117/1.AP.2.6.066004 Kredit:Xu et al., doi 10.1117/1.AP.2.6.066004
Strävan efter allt högre bildupplösning i mikroskopi är tillsammans med växande krav på kompakt portabilitet och hög genomströmning. Även om bildprestandan har förbättrats, konventionella mikroskop lider fortfarande av de skrymmande, tunga element och arkitekturer förknippade med refraktiv optik. Metalenses erbjuder en lösning:de är ultratunna, ultralätt, och platt, och dra nytta av massor av nyare forskning som har förbättrat deras effektivitet, FOV, och polarisationsfunktioner.
Enligt Tao Li, professor i ingenjörsvetenskap och tillämpad vetenskap vid Nanjings universitet, "En ultrakompakt metalens för bildbehandling kommer att miniatyrisera och till och med revolutionera konventionella optiska enheter." Trots allt pågående arbete för att förbättra metalenser, de flesta forskargrupper använder dem som ett substitut för konventionella refraktiva linser i konventionella optiska miljöer. För att metalenses ska gå mot verklig tillämpning, det är viktigt att lära sig hur man integrerar metalenses i ultrakompakta optiska enheter.
I jakten på ett kompakt integrerat mikroskopsystem, Lis team monterade en metalens på en CMOS-bildsensor för att skapa en prototyp av en bildenhet i myntstorlek. Som rapporterat i Avancerad fotonik , deras metalens-integrerade bildbehandlingsenhet (MIID) uppvisar en ultrakompakt arkitektur med ett fungerande bildavstånd i hundratals mikrometer. Med hjälp av en enkel process för att sammanfoga bilder, de kan erhålla bredfältsmikroskopavbildning med stor FOV och hög upplösning.
Fickmikroskopsystem
MIID-prototypen involverar en millimeterstor silicon metalens i en väldesignad 6 x 6 array. Trots integrationen av flera linser, bildavståndet förblir relativt litet (~500 μm) eftersom varje enskild lins har en storlek på cirka 200 μm. Enligt författarna, den kan utökas till centimeterskala för att täcka hela CMOS-sensorn.
Imaging av MIID integrerat med polarisation multiplexed dual phase (PMDP) metalens array. (a) Fasfördelning av PMDP-metaller i x-y-plan. De blå och röda rutorna anger fasfördelningen för LCP- respektive RCP-metallens-regioner. De motsvarande streckade rutorna visar den begränsade FOV. (b) Optisk mikroskopbild av en PMDP metalens med storlek 200 μm. (c) Fotografi av den tillverkade 6×6 PMDP-metallens array. (d) Fotografi av prototypen av MIID i storlek ca 3,5 cm × 3 cm × 2,5 cm. (f) Häftad bild av USAF 1951-upplösningsdiagrammet. Kredit:Xu et al., doi 10.1117/1.AP.2.6.066004
Metalens array, som är en polarisationsmultiplexer, har två olika fasprofiler motsvarande två cirkulära ljuspolarisationer. Enligt Li, detta arrangemang säkerställer eliminering av blinda områden.
Författarna hoppas att den nya MIID-prototypen förebådar en ny era av fickmikroskopsystemet. De erkänner att bildprestandan behöver förbättras och föreslår en mängd olika tillvägagångssätt, som att använda lågförlustmaterial som GaN och SiN. De förutser fortsatta framsteg inom mikroskopi baserad på metateknologi i framtiden.
