Середина инфракрасного (середина IR) группа электромагнитной радиации является особенно полезной частью спектра; это может обеспечить отображение в темноте, тепловые подписи следа, и обеспечить чувствительное обнаружение многих биомолекулярных и химических сигналов. Но оптические системы для этой группы частот было трудно сделать, и устройства, используя их узкоспециализированные и дорогие.
Теперь, исследователи говорят, что они нашли очень эффективный и массово-технологичный подход к управлению и обнаружению этих волн.О результатах сообщают в журнале Nature Communications, в статье исследователи MIT Тянь Гу и Цзюэцзюнь Ху, Массачусетский университет в исследователе Лоуэлла Хуалян Чжане и 13 других в MIT, Университете Электронной Науки и техники Китая и Восточном китайском Нормальном Университете.Новый подход использует плоский, искусственный материал, состоявший из наноструктурированных оптических элементов вместо обычных массивных линз из гнутого стекла, используемых в обычной оптике. Эти элементы предоставляют по требованию электромагнитные ответы и сделаны, используя методы, подобные используемым для компьютерных микросхем. «Этот вид метаповерхности может быть сделан, используя стандартные методы микрофальсификации», говорит Гу. «Производство масштабируемо».
Он добавляет, что «были замечательные демонстрации метаповерхностной оптики в видимом, легком и почти инфракрасном, но в середине инфракрасного она перемещается медленно». Когда они начали это исследование, он говорит, вопрос был, так как они могли сделать эти устройства чрезвычайно тонкими, «Мы могли также сделать их эффективными и недорогими?» Это – то, что члены команды говорят, что они теперь достигли.
Новое устройство использует множество тонкой пленки точной формы оптические элементы, названные «метаатомами», сделанными из сплава chalcogenide, у которого есть высокий показатель преломления, который может сформировать высокоэффективные, ультратонкие структуры, названные метаатомами. Эти метаатомы, с формами, напоминающими печатные буквы как я или H, депонированы и скопированы на основании IR-transparent фторида. У крошечных форм есть толщины, которые являются частью длин волны света, наблюдаемого, и коллективно они могут выступить как линза. Они обеспечивают почти произвольную манипуляцию фронта импульса, это не возможно с естественными материалами в более широких масштабах, но у них есть крошечная часть толщины, и таким образом только крошечная сумма материала необходима. «Это существенно отличается от обычной оптики», говорит он.
Процесс «позволяет нам использовать очень простые методы фальсификации», объясняет Гу, тепло испаряясь материал на основание. Они продемонстрировали технику на 6-дюймовых вафлях с высокой пропускной способностью, стандартом в микрофальсификации, и «мы смотрим на производство еще более широкого масштаба».Устройства передают 80 процентов середины IR свет с оптическими полезными действиями до 75 процентов, представляя существенное улучшение по существующей середине IR метаоптика, говорит Гу.
Они могут также быть сделаны намного легче и более тонкими, чем обычная оптика IR. Используя тот же самый метод, изменяя образец множества исследователи могут произвольно произвести различные типы оптических устройств, включая простой дефлектор луча, цилиндрическую или сферическую линзу и комплекс aspheric линзы.
Линзы были demonstated, чтобы сосредоточить середину IR свет с максимумом теоретически возможная точность, известная как предел дифракции.Эти методы позволяют создание метаоптических устройств, которые могут управлять светом более сложными способами, чем, что может быть достигнуто, используя обычную большую часть прозрачные материалы, говорит Гу. Устройства могут также управлять поляризацией и другими свойствами.Середина IR свет важна во многих областях.
Это содержит характерные диапазоны большинства типов молекул и проникает через атмосферу эффективно, таким образом, это ключевое для обнаружения широкого спектра веществ такой как в экологическом мониторинге, а также для военных применений и промышленного применения, говорят исследователи. Так как большинство обычных оптических материалов, используемых в видимых или почти инфракрасных полосах, полностью непрозрачно к этим длинам волны, середина IR датчики были сложными и дорогими, чтобы сделать.
Таким образом, новый подход мог открыть совершенно новое возможное применение, включая в потребителе, ощущающем или продуктах отображения, говорит Гу.