Metalli integrati a cristalli liquidi. Credito:Zhixiong Shen et al., Università di Nanchino.
Lo sviluppo delle metasuperfici ha aperto un orizzonte per il progresso dell'ottica planare. Tra i metadispositivi, il metalens ha attirato l'attenzione diffusa per le applicazioni pratiche nell'imaging e nella spettroscopia, in quanto fornisce manipolazioni multifunzionali del fronte d'onda per una migliore messa a fuoco.
Nell'ambito della tendenza alla miniaturizzazione e all'integrazione dei sistemi fotonici, metalenses stanno sostituendo le tradizionali lenti rifrattive realizzate con cristalli lucidi o polimeri. Ma le loro funzioni rimangono statiche. La prospettiva di realizzare metalli attivi ha motivato l'introduzione di materiali con proprietà speciali come bifocali commutabili o lunghezze focali discrete. Fino a poco tempo fa, manipolazione dinamica dei metalli, dispersione cromatica particolarmente sintonizzabile, è rimasto fuori portata.
Messa a fuoco dinamica con un singolo metallo
I metalensi sono afflitti dall'incapacità di mettere a fuoco tutti i colori nello stesso punto, nota come aberrazione cromatica. Il superamento dell'aberrazione cromatica è una preoccupazione vitale per una migliore risoluzione nell'imaging a colori e iperspettrale. Anzi, per analisi spettrografiche e applicazioni tomografiche, la dispersione cromatica aiuta a separare i punti focali per frequenze diverse per evitare la diafonia.
La capacità di manipolare dinamicamente la dispersione cromatica con un singolo metallo favorirebbe l'integrazione del sistema e la versatilità funzionale.
Caratterizzazioni strutturali e di campo lontano THz dei metalli integrati LC:(a) Micrografia SEM della metasuperficie dielettrica parziale. (b) Micrografia delle LC foto-modellate parziali sotto polarizzatori incrociati. Le barre della scala in (a) e (b) indicano 100 e 500 μm, rispettivamente. (c) Lunghezze focali simulate e misurate dei metalli da 0,9 a 1,4 THz con/senza bias saturato (75 Vrms). (d) Imaging di una maschera "faccia sorridente" che utilizza questo metallo allo stato di polarizzazione OFF. L'immagine è chiaramente rivelata all'interno della banda larga progettata grazie alla messa a fuoco acromatica. (e) Imaging della stessa maschera con un bias saturato su LC. La distorsione alle frequenze più basse è dovuta alla deviazione della lunghezza focale da quella acromatica. Credito:Zhixiong Shen et al., Università di Nanchino.
Cristalli liquidi con motivi fotografici
Un gruppo di ricerca dell'Università di Nanchino ha recentemente dimostrato la manipolazione attiva della dispersione cromatica, ottenere una messa a fuoco acromatica all'interno di una banda larga designata. Come riportato nella peer review, rivista ad accesso aperto Fotonica avanzata , il team ha integrato un cristallo liquido fotomodellato in una metasuperficie dielettrica. Nel loro disegno, la metasuperficie genera una dispersione di fase lineare-risonante, il che significa che il fronte di fase dell'onda trasmessa è ritardato linearmente dalla metasuperficie dielettrica. Il cristallo liquido (LC) è responsabile della generazione della modulazione di fase geometrica indipendente dalla frequenza.
Il team ha verificato il controllo dell'aberrazione cromatica dell'obiettivo combinato e ha dimostrato un significativo effetto di contrasto dinamico dell'immagine a banda larga. Il design può essere esteso ad altri metadispositivi attivi; come esempio, il team ha presentato un deflettore del raggio con dispersione controllabile. "La combinazione della flessibilità dei metadispositivi con le caratteristiche elettro-ottiche a banda larga dei cristalli liquidi rende il design competente per il controllo del fronte d'onda dalle lunghezze d'onda visibili ai THz e alle microonde, " ha osservato l'autore senior Prof. Yanqing Lu, del College of Engineering and Applied Sciences presso l'Università di Nanchino.
Collega di Lu al College of Engineering and Applied Sciences, collega autore senior Prof. Wei Hu, Appunti, "Prevediamo che i metadispositivi integrati a cristalli liquidi daranno vita a una varietà di elementi fotonici planari attivi per migliorare la flessibilità funzionale dei sistemi ottici".
