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覆蓋兩個用納米級陣列圖案化的薄膜層可以操縱光的傳播以產生強大的超薄透鏡

控制光傳播的超薄納米結構薄膜提供了將光學組件集成到便攜式和可穿戴電子設備中的方式。KAUST研究顯示,扭曲一堆這樣的電影提供了一種控制其行為和表現的簡單方法。

用納米級結構陣列圖案化的表面可以改變穿過它的光的性質。陣列中的每個元件都像一個控制燈光局部相位的微小天線; 這是光波在其振蕩周期中的相對位置。這些超薄層稱為金屬透鏡,因為它們可以像傳統的玻璃透鏡一樣聚焦光,同時功能更強。

“這項技術可以逐個像素地任意塑造光線,由于制造上的限制,傳統鏡頭是不可能的,”研究生林榮輝說。“metalens技術有可能取代專業反光相機中使用的巨大鏡頭組件,其鏡頭像明信片一樣薄。”

多功能metalenses開發的一個挑戰是效率有限。改善這種情況的一種可能方法是堆疊元透鏡。通過這樣做,林和他的主管李曉航發現,當一個metalens放在另一個上面時,可以啟用新的現象。

該團隊觀察了一個帶有一個帶有橢圓形橫截面的翅片或圓柱陣列的表面的metalens。通過改變這些鰭片的相對取向,鏡片可以為入射的圓偏振光增加幾何相位。“考慮時鐘指針的旋轉,每天都會回到同一個地方,”林解釋道。“這些納米鰭片的旋轉角度以類似的方式工作。當光線通過這些結構時,它的相位或'時間'會發生變化。” 變化程度取決于納米錠的旋轉。這是操縱圓極化的有力工具光。

Lin和Li使用稱為有限差分時域模擬的數學方法來模擬包含兩個堆疊相元件的元透鏡系統中的光傳播。他們的結果表明,通過扭轉兩層的相對對齊,可以觀察到類似于莫爾效應的現象。該團隊利用這一現象開發出具有可控焦距和強度比的雙焦點元透鏡。“我們相信這種多層元網絡架構也可以應用于其他系統并實現更復雜的功能,”Lin說。

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