Forskare har utformat en optisk lins med den högsta lediga numeriska bländaren hittills, uppnå ett värde på strax under 1. Eftersom den numeriska bländaren indikerar högsta möjliga upplösning som ett objektiv kan uppnå, det nya objektivet kan fokusera ljus med en aldrig tidigare skådad förmåga, samt samla ljus från vida vinklar. Dessa förmågor bör göra linsen särskilt användbar för applikationer med svagt ljus, till exempel enfotonemission, som ofta används i kvantoptiksystem.

Forskarna, ledd av Arseniy Kuznetsov och Ramón Paniagua-Domínguez, på A*STAR (Agency for Science, Teknologi, och forskning) och Nanyang Technological University, både i Singapore, har publicerat ett papper om objektivet med numerisk bländare i nästan enhet i ett nyligen utgåva av Nano bokstäver .

Tidigare, den högsta numeriska bländaren för ett objektiv med fritt utrymme var 0,95, vilket motsvarar en maximal uppsamlingsvinkel på cirka 72 °. På grund av hur dessa linser tillverkas, de är också stora och dyra, och kan därför inte enkelt skalas ner till arbete med mycket små system.

Med sin numeriska bländare på 0,99, det nya objektivet har både en högre upplösning och en större samlingsvinkel på 82 °. Det nya objektivet är tillverkat av en metasyta snarare än traditionella linsmaterial. Metaytan består av ett mönster av subvåglängdskalestrukturer och har en total tjocklek på mindre än en våglängd av ljus, vilket resulterar i en liten storlek som kraftigt utökar dess potentiella applikationer.

"Objektiv med hög numerisk bländare/mikroskop är viktiga optiska komponenter som används i stor utsträckning vid mikroskopi, optiska detektionssystem, optisk litografi, kvantoptik, etc., "Berättade Kuznetsov Phys.org . "Att ha en hög numerisk bländare är av primär betydelse för att uppnå en hög upplösning och hög detekteringsnivå för optiska signaler. För närvarande är existerande objektiv med hög numerisk bländare/mikroskop stora och dyra. I detta arbete, vi visade det, använder ett nytt koncept av metasytor baserade på dielektriska nanoantenner, det är möjligt att designa och realisera platta optiska komponenter som kan uppnå en numerisk bländare som är högre än alla befintliga optiska mål, med bara en enhet som bara är några hundra nanometer tjock. "

För att demonstrera fördelarna med det nya objektivet, forskarna använde den för att bilda kväve-vakanscentra i diamant-nanokristaller, som är flera tiotals nanometer stora. Bilderna som skannats av de nya metallerna avslöjade mindre fläckar jämfört med bilder som skannades med kommersiella linser med mindre numeriska bländare, visar det nya objektivets högre upplösning.

Forskarna förväntar sig att i framtiden, den nya linsen kan också användas för att göra förbättringar av fotolitografi, som används för att producera datorchips och andra enheter med hög upplösning. Dessutom, det nya objektivets vidvinkelsamling förväntas öka effektiviteten i processer för enfotonemission, som används i kvantoptiksystem.

"Vi tror att detta nya koncept kommer att hitta breda tillämpningar inom områden där detektering av svaga optiska signaler är viktigt, "Kuznetsov sa." Ett exempel är kvantoptik, som behandlar system som endast innehåller enstaka atomer eller kvantemitterare som avger ljus på enfotonnivån. Sådana platta linser möjliggör inte bara detektering av svaga optiska signaler, men kan också fungera vid extrema förhållanden vid låga temperaturer och i vakuum, vilket är typiskt för kvanteoptiska experiment.

"En annan viktig applikationsriktning kan vara i bärbara och mobila fotoniska enheter, där tät integration av högeffektiva optiska komponenter krävs. Till exempel, linserna kan hitta applikationer i mobiltelefonkameror och augmented reality -glasögon. "

© 2018 Phys.org