Ett samarbetande forskarlag har framgångsrikt konstruerat en dual metalens som kan växla mellan olika bildlägen med en enda lins. Forskningsresultaten har presenterats i ACS Nano .

Vanligtvis, under processen att fotografera ett objekt, används två distinkta lägen:det normala läget, som extraherar grundläggande information; och kantläget, som enbart fokuserar på att konturera objektet. Dessa lägen kräver traditionellt separata linser, var och en med olika fokuspunkter. Men som svar på den senaste trenden mot miniatyrisering och lättviktsdesign i elektroniska enheter har forskare arbetat flitigt med att integrera båda lägena i en enda lins.

I den här studien tog teamet sig an problemet med hjälp av metalenses som dynamiskt kan förändra sin fokuspunkt genom elektriska medel. Dessa metalenses, utan oro för ljusets egenskaper, är konstruerade från konstgjorda strukturer i nanoskala. Genom att finjustera parametrar som storlek, form och rotationsorientering av dessa strukturer, har teamet framgångsrikt konstruerat en dual-mode avbildningsmetall som kan växla mellan normala och kantlägen baserat på riktningen för ljuspolarisationens rotation.

Denna lins kan snabbt ändra sin fokus genom att justera spänningen som appliceras på vätskekristallskiktet (LC), vilket möjliggör snabb lägesväxling på bara millisekunder (en millisekund är en tusendels sekund), vilket matchar hastigheten för flytande kristallomkoppling.

I denna forskning använde teamet hydrerat amorft kisel som nanostrukturen, känd för minimala förluster i det synliga ljusområdet, vilket resulterade i en anmärkningsvärd linseffektivitet på 32,3 %, 31,7 % och 20,4 % för röda, gröna respektive blå våglängder. Genom att integrera två distinkta lägen i ett enda objektiv, uppnådde teamet förvärvet av högupplösta bilder.

Arbetet leddes av professor Junsuk Rho från avdelningen för maskinteknik och avdelningen för kemiteknik, Trevon Badloe från Graduate School of Artificial Intelligence och Yeseul Kim och Joohoo Kim, Ph.D. kandidater från institutionen för maskinteknik vid Pohang University of Science and Technology (POSTECH), och professor Inki Kim från Institutet för kvantbiofysik vid Sungkyunkwan University

Professor Junsuk Rho förklarade, "Vi kan nu snabbt fånga högupplösta bilder i applikationer som bioavbildning, omfattande cellulära reaktioner och läkemedelsscreening." Dessutom uttryckte han optimism genom att säga:"Jag hoppas att denna innovation kommer att vara användbar på olika domäner, inklusive smartphones, virtuell verklighet (VR) och förstärkt verklighet (AR)-enheter och fasta LiDAR-system."

Mer information: Trevon Badloe et al, Bright-Field and Edge-Enhanced Imaging Using an Electrically Tunable Dual-Mode Metalens, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c02471

Journalinformation: ACS Nano

Tillhandahålls av Pohang University of Science and Technology