Fig. 1 Dimostrazione di GO metalens e sua caratterizzazione. (a) Dimostrazione ottica per ago ottico generato da GO metalens. (b) Dimostrazione ottica per quattro punti focali assiali generati da GO metalens. (c) Immagine ottica di GO metalens presa da un microscopio ottico con un obiettivo di ×20, NA=0,5, la barra della scala è 50 μm. Credito: Progressi optoelettronici (2021). DOI:10.29026/oea.2021.200031
In una nuova pubblicazione di Progressi optoelettronici , ricercatori guidati dal professor Baohua Jia alla Swinburne University of Technology, Vittoria, Australia, Professor Cheng-Wei Qiu all'Università Nazionale di Singapore, Singapore e il professor Tian Lan al Beijing Institute of Technology, Pechino, La Cina ha preso in considerazione la generazione di aghi ottici super risolti e array multifocali utilizzando metalli di ossido di grafene.
Ultrasottile e leggero, i metalensi stanno diventando sempre più significativi per il loro uso nei chip fotonici, biosensori e sistemi di micro imaging come le fotocamere degli smartphone.
Rispetto agli obiettivi convenzionali, metalenses può migliorare la qualità dell'immagine delle fotocamere attuali, migliorando la risoluzione e rimuovendo le aberrazioni sferiche e cromatiche. Un singolo elemento metalens ultrasottile (inferiore allo spessore di 1/100 di un capello umano) può essere utilizzato al posto dei sistemi di imaging a elementi multipli richiesti dalle lenti convenzionali. A causa dell'esclusiva interazione luce-materia in un piano 2D confinato, I materiali 2D sono ideali per l'uso con metalli, riducendo ulteriormente lo spessore richiesto della lente. Materiali della famiglia del grafene 2D, per esempio ossidi di grafene, sono stabili all'aria, hanno molte applicazioni e sono a basso costo e facili da fabbricare su larga scala. Rimangono stabili in ambienti estremi, per esempio l'orbita terrestre inferiore nel settore aerospaziale, hanno quindi un potenziale utilizzo nei satelliti che sostituiscono gli attuali obiettivi ingombranti e migliorano la qualità delle immagini e riducono i costi di lancio.
Fig. 2 (a) Figura schematica di GO metalens su un substrato di vetro, lo spessore totale è di 200 nm. Quando ridotto dal laser a femtosecondi nell'area RGO, l'assorbimento e l'indice di rifrazione aumentano mentre lo spessore si riduce a 100 nm. Distribuzione dell'intensità normalizzata nel piano x-z dal calcolo teorico della caratterizzazione della messa a fuoco di (b) spot multifocali assiali GO metalens e (c) aghi ottici GO metalens, rispettivamente. Credito: Progressi optoelettronici (2021). DOI:10.29026/oea.2021.200031
Gli autori di questo articolo hanno sviluppato metalensi di ossido di grafene dello spessore di 200 nm per generare distribuzioni di intensità focale specializzate. I metalensi dell'ossido di grafene hanno la capacità di controllare l'ampiezza della luce (cioè, trasparenza della lente) e fase (indice di rifrazione e spessore della lente) contemporaneamente. Questo differisce da altri metalenses, che introducono le modulazioni tramite nanofabbricazione multi-step o multilivello di nano-elementi, le modulazioni delle lenti in ossido di grafene sono introdotte localmente dal processo di fotoriduzione laser, che converte l'ossido di grafene in materiale di grafene. Durante il processo di riduzione, il materiale diventa più sottile e ha un indice di rifrazione e assorbimento più elevati. Sulla base delle modulazioni simultanee di fase e di ampiezza, gli autori dimostrano un controllo preciso delle distribuzioni di intensità focale creando un ago ottico ultra-lungo super-risolto e un array multifocale assiale, che sono estremamente impegnativi per altri metalenses.
I metalensi di ossido di grafene troveranno ampie applicazioni nella fotonica integrata e nei sistemi fotonici compatti, compreso l'imaging microscopico, manipolazione ottica e chip fotonici, e può essere integrato su chip microfluidici per formare dispositivi biofotonici lab-on-a-chip. Questa ricerca costituisce una base per lo sviluppo di dispositivi fotonici integrabili ultrasottili a base di grafene e apre la strada ad applicazioni più ampie, come sostituire l'attuale obiettivo della fotocamera del telefono cellulare, consentendo potenzialmente una riduzione dello spessore degli attuali telefoni cellulari.
