Плоску лінзу, створену в 2012 році, допрацювали і позбавили від хроматичних аберацій. За рахунок своєї компактності вона може знайти широке застосування в різних оптичних пристроях.
Професійним фотографам знайомий такий термін, як «хроматичні аберації». Це небажані оптичні ефекти, в результаті яких уздовж чіткого контуру зображення виникають кольорові ореоли. У якісних об'єктивах такі аберації намагаються звести до мінімуму, однак за це доводиться платити ускладненням конструкції і, як наслідок, ціна такої оптики істотно зростає. Причина появи хроматичних аберацій криється в законах заломлення світла - це явище схоже на веселку, яку ми бачимо після дощу.
Коли сонячне світло проходить через краплі дощу, воно розпадається на окремі кольори - від червоного до фіолетового. Відбувається це через те, що для променів різного кольору, тобто з різною довжиною хвилі, показник заломлення не однаковий. Це явище називається дисперсією - одна і та ж речовина по-різному відхиляє промені різного кольору. У небі дисперсія сонячного світла призводить до красивої веселки, а ось в оптиці з дисперсією борються, якраз для того, щоб не бачити на фотографіях веселку там, де її бути не повинно. Скляні лінзи об'єктива відхиляють промені світла, що проходять через них, щоб спроектувати зображення на матрицю або фотоплівку. Коли зображення «у фокусі», воно яскраве і чітке, а якщо об'єктив не сфокусований - то ми бачимо розпливчасту, нечітку картину. Дисперсія світла на лінзах об'єктива призводить до того, що для променів різної довжини хвилі фокусна відстань об'єктива трохи відрізняється. Наприклад, сині промені переломлюються сильніше, ніж червоні, в результаті положення «синього» фокусу відрізняється від «червоного».
У 2012 році група фізиків з університету Гарварда сконструювала лінзу, та не просту, а плоску і товщиною в 60 нм. Особливістю цієї лінзи став абсолютно новий принцип роботи. У звичайних лінзах світло проходить через прозору речовину і за рахунок цього відхиляється від початкового напрямку. Причина відхилення лежить у відмінності швидкості світла в різних матеріалах. Наприклад, у склі світло поширюється приблизно в півтора рази повільніше, ніж у повітрі. Ось ця сама затримка в швидкості і робить лінзу лінзою. Гарвардська лінза працює за зовсім іншим механізмом. На її плоскій поверхні певним чином розташовані спеціальні маленькі антени розміром близько сотні нанометрів. Завдання цих антен - формування тієї самої затримки: вони ловлять промені світла, а потім їх випромінюють, але з фазовим зрушенням. Спеціально підібрані форма і розмір таких антен дозволяють створити ефект об'ємної лінзи на площині.
Тоді, три роки тому, вперше була створена лінза за таким принципом, однак у неї була ціла низка недоліків. Вона могла фокусувати світло тільки певної довжини хвилі, інакше кажучи, кольору, і була придатна хіба що для фокусування лазерного випромінювання. І ось, після декількох років роботи, фізикам вдалося істотно поліпшити властивості матеріалу, який вони назвали мультиволновою ахроматичною метаповерхністю. У своїх перших дослідах дослідники використовували наноантени, зроблені з золота, розміщуючи їх на плоскій кремнієвій підкладці. Однак, кремній виявився більш підходящою речовиною для антен. Новий метаматеріал може відхиляти або фокусувати світло вже різних довжин хвиль. Залежно від розташування наноантен на поверхні можна робити плоскі мініатюрні призми, лінзи або використовувати як світлофільтр. Автори плоскої металінзи отримують патент на розроблену оптичну технологію і планують, що їх винахід знайде широке застосування.
Фото: Harvard.edu Hervé BRY/Flickr, Tekniska museet/Flickr, Francesco Aieta/Harvard University, Nanfang Yu/Harvard University
За матеріалами Harvard.edu