عدسی‌های تخت با بازده بالا به ابعاد نانومتری کاهش می‌یابند.

[baten kaitos]

پژوهش‌گران آمریکایی و کانادایی عدسی‌های فراسطح فوق‌ باریک، تخت و با بازده بالا ساختند که نور را در مکان‌هایی کوچک‌تر از طول موج متمرکز می‌کنند. این وسیله (که تصاویری در حد تصاویر عدسی‌های تجاری سطح بالا تولید می‌کند)، به روش صنعتی ساخته شده و می‌تواند در تصویربرداری‌های لیزری، میکروسکوپی و طیف‌نگاری استفاده شود. در صورتی که پیشرفت‌های بیتشری یابند می‌توانند در دوربین‌های تلفن‌ همراه و دستگاه‌های الکترونیکی پوشیدنی (مانند ساعت، عینک و ...) مورد استفاده قرار گیرند.

در اپتیک، اصل فرما که بر عملکرد عدسی‌ها حاکم است، می‌گوید نور مسیری را طی می‌کند که کم‌ترین فاز را انباشته کند. در مناطقی با ضریب شکست بالاتر به سمت خط قائم بر سطح منحرف می‌شود تا مسافت کوتاه‌تری را پیموده که در آن‌جا طول موج کوتاه‌تر است و فاز سریع‌تر انباشته می‌شود. هم‌چنان که موج انتشار می‌یابد، فاز بصورت پیوسته انباشته می‌شود، بنابراین لازم است ضخامت عدسی به میزان محدودی باشد تا فاز موج به قدر کافی انباشته شده و آن‌چنان که مد نظرمان است، تغییر جهت دهد.

با این حال، در سال 2011، فردریکو کاپاسو و هم‌کارانش در دانشگاه هاروارد نشان دادند که اگر فاز امواج نوری بتواند به طور ناپیوسته تغییر کند، می‌توان با استفاده از یک سطح تخت، نور را به هر صورتی که بخواهیم تغییر جهت دهیم. این نتیجه از پژوهش ابتدایی آن‌ها و با استفاده از آنتن‌های فلزی تشدید که به طور مستقیم با میدان الکتریکی نور تداخل یافته بوده، به دست آمد. اما تولید این آنتن‌ها دشوار بوده و بازده پایینی داشت.

پژوهش‌گران نشان داده‌اند که ناپیوستگی‌های فاز را با استفاده از عناصر کوچکی که از سیلیکون ساخته‌ شده‌اند و کوچک‌تر از طول موج هستند، نیز می‌توان ایجاد کرد. این اتفاق، با ایجاد تغییری در قطبش وابسته به مکان نور، هنگام عبور از عناصر، تغییری را در فاز امواج نوری به وجود می‌آورد که فاز Pancharatname-Berry نام دارد. تولید این عناصر ساده‌تر است و نور مرئی انتقال‌یافته را با بازده بهتری متمرکز می‌کند، اما برای آن‌که تبدیل به عدسی تجاری بادوامی شود، هم‌چنان نور بسیار زیادی را جذب یا بازتاب می‌کند.

حال گروه کاپاسو برای ساخت این «نانوپره‌ها» (نانوفین) روش جدیدی را ابداع کرده‌اند که در آن از لیتوگرافی باریکه الکترون برای طرح‌بندی یک مقاومت، پیش از لایه‌نشانی یک لایه بسیار نازک از تیتانیوم اکسید استفاده می‌شود که طول موج‌های مرئی را بسیار بهتر از سیلیکون، به سوی مقاومت عبور می‌دهد تا یک فراسطح ایجاد گردد. پژوهش‌گران تکنیک‌های خود را برای ساخت فراعدسی تیتانیوم اکسید به کار گرفتند تا نور را با طول موج‌های مختلف مرئی متمرکز کنند.

بازده متمرکزسازی فراعدسی‌ها برای نور مرئی بی‌سابقه بود: عدسی طراحی‌شده برای نور 405 نانومتر (بنفش‌رنگ) 86 درصد نور فرودی را متمرکز می‌کرد. این عدسی‌ها روزنه‌های عددی بالاتری نسبت به فراعدسی‌های پیشین دارند که این امکان را فراهم می‌کند که نور را از زاویه وسیع‌تری به یک نقطه واحد متمرکز کنند. این امر به نوبه خود فواصل کانونی ایجاد می‌کند که کوچک‌تر از طول موج نور، و کوچک‌تر از فواصل کانونی نمونه‌های دارای چندین عدسی شکست، و قابل ساخت با جدیدترین فن‌آوری‌ها و با اهداف تجاری است.

این پژوهش در Science منتشر شده است.

نویسنده خبر: مهسا توکلی دوست

______________________________
این خبر از وب‌گاه انجمن فیزیک ایران تهیه شده است، و ادامه‌ی آن را می‌توانید در لینک زیر مطالعه کنید:

Please, ورود or عضویت to view URLs content!