Fig. 1 Demonstration av GO metalens och dess karakterisering. (a) Optisk demonstration för optisk nål genererad av GO metalens. (b) Optisk demonstration för fyra axiella fokalfläckar genererade av GO metalens. (c) Optisk bild av GO-metaller tagna med ett optiskt mikroskop med ett objektiv på ×20, NA=0,5, skalstången är 50 μm. Kreditera: Opto-elektroniska framsteg (2021). DOI:10.29026/oea.2021.200031
I en ny publikation från Opto-elektroniska framsteg , forskare under ledning av professor Baohua Jia vid Swinburne University of Technology, Victoria, Australien, Professor Cheng-Wei Qiu vid National University of Singapore, Singapore och professor Tian Lan vid Beijing Institute of Technology, Peking, Kina övervägde genereringen av superupplösta optiska nålar och multifokal array med grafenoxidmetallen.
Ultratunn och lätt, metallener blir allt viktigare för deras användning i fotoniska chips, biosensorer och mikroavbildningssystem som smarta telefonkameror.
Jämfört med konventionella linser, metalenses kan förbättra bildkvaliteten på nuvarande kameror, genom att förbättra upplösningen och ta bort sfäriska och kromatiska aberrationer. Ett enda ultratunt (mindre än tjockleken på 1/100 av ett människohår) metalens-element kan användas istället för de multipelelementbildsystem som krävs av konventionella linser. På grund av den unika interaktionen mellan ljus och materia i ett begränsat 2D-plan, 2D-material är idealiska för användning med metalenses, ytterligare minska den erforderliga tjockleken på linsen. 2D grafen familj material, till exempel grafenoxider, är luftstabila, har många applikationer och är billiga och lätta att tillverka i stor skala. De förblir stabila i extrema miljöer, till exempel lägre jordomloppsbana i rymd, så har potentiell användning i satelliter som ersätter de nuvarande skrymmande linserna och förbättrar bildkvaliteten och sänker uppskjutningskostnaderna.
Fig. 2 (a) Schematisk figur av GO metalens på ett glassubstrat, den totala tjockleken är 200 nm. När reducerad med femtosekundlaser i RGO-området, absorptionen och brytningsindexet ökar medan tjockleken reduceras till 100 nm. Normaliserad intensitetsfördelning i x-z-planet från teoretisk beräkning av fokuseringskarakteriseringen av (b) axiella multifokala fläckar GO metalens och (c) optisk nål GO metalens, respektive. Kreditera: Opto-elektroniska framsteg (2021). DOI:10.29026/oea.2021.200031
Författarna till den här artikeln utvecklade 200 nm tjocka grafenoxidmetallener för att generera specialiserade fokalintensitetsfördelningar. Grafenoxidmetallenserna har förmågan att kontrollera ljusets amplitud (dvs. linsens genomskinlighet) och fas (brytningsindex och linsens tjocklek) samtidigt. Detta skiljer sig från andra metalenser, som introducerar moduleringarna genom nanotillverkning i flera steg eller flera nivåer av nanoelement, moduleringarna av grafenoxidlinser introduceras lokalt genom laserfotoreduktionsprocessen, som omvandlar grafenoxid till grafenmaterial. Under reduktionsprocessen, materialet blir tunnare och har ett högre brytningsindex och absorption. Baserat på de samtidiga fas- och amplitudmodulationerna, författarna demonstrerar exakt kontroll av fokalintensitetsfördelningarna genom att skapa en superupplöst ultralång optisk nål och en axiell multifokal array, som är extremt utmanande för andra metaller.
Grafenoxidmetallener kommer att hitta breda tillämpningar i integrerad fotonik och kompakta fotoniska system, inklusive mikroskopisk avbildning, optisk manipulation och fotoniska chips, och kan integreras på mikrofluidiska chip för att bilda lab-on-a-chip biofotoniska enheter. Denna forskning utgör en grund för utvecklingen av grafenbaserade ultratunna integrerbara fotoniska enheter och banar väg för bredare tillämpningar, som att byta ut den nuvarande kameralinsen för mobiltelefoner, vilket potentiellt tillåter en minskning av tjockleken på nuvarande mobiltelefoner.