A világ első ultra-vékony, bipoláris Meta-lencséjének kifejlesztése sikerült

2013-03-14_EBL

Prof. Dr. Thomas Zentgraf, az Ultrafas Nanofotonika munkacsoport vezetője a Paderborni Egyetem Fizikai Tanszékén, és Dr. Shuang Zhang, a Birminghami Egyetem csapatának vezetője közösen fejlesztették ki a világ első ultralágy sík lencséjét a látható fényhez.

A hagyományos csiszolt üveg lencsékkel ellentétben az új lencse lapos és rendkívül vékony. Csak 20-30 nanométer (nm) vastag, azaz 0,00002-0,00003 mm. Egy emberi hajszál hozzávetőlegesen kb. 2000-szer vastagabb.

A lencse egy új típusú, úgynevezett metamateriálból készül, amely egy üveg és arany kombinációja, és nagyít vagy kicsinyít objektumokat a beérkező fény típusától, azaz a polarizációs állapotától függően. „A meta-lencse megmutatja, milyen potenciál rejlik az új optikai anyagokban, amelyek segítségével nagyon hatékonyan lehet a fényt céltudatosan befolyásolni,” mondja Zentgraf. „Ez rugalmas új lehetőségeket nyit meg speciális anyagtulajdonságok előállítására, mivel a felület szerkezetét szabadon lehet változtatni.”

A meta-lencse optikai alkatrészekben használható, és lapos kialakításának köszönhetően nagyon kompakt szerkezetet tesz lehetővé, például integrált optikai áramkörökben vagy a LED-ek fényének alakításában. További alkalmazások lehetségesek a biofizikában, például az úgynevezett „optikai csipkeharang” esetében. Ebben az alkalmazásban a meta-lencse egy speciális fényprofilt hozhat létre, amellyel tárgyakat „elfoghatunk” és rögzíthetünk. És a jövőbeli kvantumszámítógépek fejlesztésében a lencse átveheti a tranzisztorok működését, ha kvázi „fénykapcsolóként” működik.”

A new metaanyag a lencse esetében egy mesterségesen előállított, mikroszkopikus finomságú struktúrából áll. Egy üveg hordozón elektronnyaláb-litográfiával 100-200 nm hosszú aranyrudakat hoznak létre. Attól függően, hogy ezek a rudak hogyan vannak elhelyezve, befolyásolják a beérkező fényt, mint kis antennák, helyileg eltérően. Ezáltal elérhető a normál törő- vagy gyűjtőlencse hatása. Ha a meta-lencséhez jobbra forgó körkörösen polarizált fény érkezik, fókuszál. Balra forgó körkörösen polarizált fény esetén a fényhullám szóródik, azaz defokusszá válik. A meta-lencse tulajdonsága (fókuszáló vagy defokusszáló) így egyszerűen megváltoztatható a fény rezgési állapotának módosításával, és nem rögzített, mint egy hagyományos lencsénél.

Mivel a rudak mérete a lencsében mindig a fény színéhez, azaz a hullámhosszához kell igazodjon, a struktúrák a lencsén ennek megfelelően kicsik. „A látható fény spektrumának végén, kb. 700 nm-nél teszteltünk,” mondja Zentgraf. „Itt a jelenlegi technikai lehetőségek határán mozgunk az elektronnyaláb-litográfiában, de ez is fejlődni fog.”

Prof. Dr. Thomas Zentgraf a Paderborni Egyetem Fizikai Tanszékén az „Ultrafas Nanofotonika” munkacsoportot vezeti, és a „Center of Optoelectronics and Photonics Paderborn (CeOPP)” központi tudományos intézmény tagja. Munkacsoportja az mesterséges optikai anyagok fejlesztésével és az új koncepciókkal foglalkozik a fényterjedés befolyásolására. Az eredeti publikáció az interneten: http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n11/full/ncomms2207.html