Dagens optiska system – från smartphonekameror till avancerade mikroskop – använder teknik som inte har förändrats mycket sedan mitten av 1700-talet. Sammansatta linser, uppfanns omkring 1730, korrigera de kromatiska aberrationerna som gör att linser fokuserar olika våglängder av ljus på olika punkter. Även om det är effektivt, dessa linser i flera material är skrymmande, dyr, och kräver precisionspolering eller gjutning och mycket noggrann optisk inriktning. Nu, en grupp forskare vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) frågar:Är det inte dags för en uppgradering?

SEAS-forskare har utvecklat en så kallad metacorrector, en enskiktsyta av nanostrukturer som kan korrigera kromatiska aberrationer över det synliga spektrumet och som kan integreras i kommersiella optiska system, från enkla linser till avancerade mikroskop. Metakorrigeraren eliminerade kromatiska aberrationer i en kommersiell lins över hela det synliga ljusspektrumet. Enheten fungerar också för de superkomplexa objektiven med så många som 14 konventionella linser, används i högupplösta mikroskop.

Forskningen beskrivs i Nanobokstäver .

"Vår metakorrigeringsteknik kan arbeta tillsammans med traditionella brytande optiska komponenter för att förbättra prestandan samtidigt som systemets komplexitet och fotavtryck reduceras avsevärt, för ett brett utbud av applikationer med stora volymer", sa Federico Capasso, Robert L. Wallace professor i tillämpad fysik och Vinton Hayes seniorforskare i elektroteknik vid SEAS och senior författare till artikeln.

I tidigare forskning, Capasso och hans team visade att metasytor, uppsättningar av nanopelare placerade mindre än en våglängd från varandra, kan användas för att manipulera fasen, amplitud och polarisering av ljus och möjliggöra nya, ultrakompakta optiska enheter, inklusive platta linser. Denna forskning använder samma principer för att ställa in och kontrollera det effektiva brytningsindexet för varje nanopelare så att alla våglängder förs av metakorrigeraren till samma brännpunkt.

"Du kan föreställa dig ljus som olika paket som levereras med olika hastigheter när det fortplantar sig i nanopelarna. Vi har designat nanopelarna så att alla dessa paket kommer till brännpunkten samtidigt och med samma tidsmässiga bredd, sa Wei Ting Chen, en forskarassistent i tillämpad fysik vid SEAS och första författare till artikeln.

"Att använda metakorrigerare skiljer sig fundamentalt från konventionella metoder för aberrationskorrigering, såsom kaskadbrytande optiska komponenter eller användning av diffraktiva element, eftersom det involverar nanostrukturteknik, sa Alexander Zhu, en doktorand vid SEAS och medförfattare till studien. "Detta betyder att vi kan gå bortom materialbegränsningarna för linser och ha mycket bättre prestanda."

Nästa, forskarna strävar efter att öka effektiviteten för avancerade och miniatyroptiska enheter.

Harvards Office of Technology Development har skyddat den immateriella egendomen i samband med detta projekt och undersöker kommersialiseringsmöjligheter.