Совместная исследовательская группа из Великобритании и Германии разработала первую в мире биполярную «металинзу» для видимого света. Устройство выполнено из массива золотых наностержней, размещенных на поверхности стекла. В зависимости от поляризации падающего света, линза может функционировать как выпуклая или как вогнутая, визуально приближая или отдаляя видимые через нее объекты. К слову, линза имеет толщину порядка нескольких нанометров. Она идеально подходит не только для изображения объектов, имеющих очень маленькие масштабы, но и для увеличения «информационной емкости» оптических цепей.

Линзы являются ключевым компонентом многих оптических приборов, в том числе телескопов, микроскопов и камер. Кроме того, линзы используются в оптической литографии для производства кремниевых чипов и интегральных схем. Обычные линзы, как правило, сделаны из стекла или другого прозрачного материала. Традиционно они имеют изогнутую поверхность и фиксированное фокусное расстояние. Т.е. линза является либо выпуклой (т.е. она фокусирует свет и зрительно увеличивает объект), либо вогнутой (свет такой линзой рассеивается, что делает наблюдаемый объект зрительно меньше).

Новая металинза, предложенная учеными из University of Birmingham (Великобритания) и Paderborn University (Германия), проявляет одновременно обе «природы». Предложенная ими линза состоит из множества золотых наностержней на поверхности стекла.

Этот массив наностержней позволяет исследователям либо увеличивать, либо уменьшать видимый объект, в зависимости от того, какую поляризацию имеет свет, проходящий через данный массив (имеет он левую или правую круговую поляризацию). Толщина такой линзы составляет всего несколько десятков нанометров (в сравнении с несколькими миллиметрами для традиционных линз из стекла). Фокусное расстояние этой линзы – 60 микрон.

Каждый из наностержней, формирующих массив, имеет длину всего 200 нм. Наностержни производятся и размещаются на поверхности стекла с помощью электронно-лучевой литографии. Стоит отметить, что в процессе формирования массива, тщательно контролируется ориентация всех наностержней. Такая точность позволяет сформировать так называемый метаматериал – искусственный материал, не встречающийся в природе и дающий возможность управления светом нетрадиционными способами (соответственно, имеющий специфические оптические свойства, например, отрицательный показатель преломления).

Металинза имеет размеры всего в несколько десятков микрон в диаметре. На данный момент ее размеры ограничены скоростью «записи» применяемой установки электронно-лучевой литографии. Но в ближайшее время ученые надеются улучшить положение вещей; параллельно они ищут новые методы создания металинз большей площади.

Разработчики линзы утверждают, что

их детище в будущем поможет не только сделать более эффективными техники отображения, но и повысить производительность при обработке информации в оптических схемах. Подобные линзы могут одновременно функционировать как два устройства (для света различной поляризации на входе).

Таким образом, информацию, закодированную при помощи поляризации, можно демультиплексировать и обрабатывать отдельно. Это также в будущем может привести к важным приложениям в квантовой оптике (благодаря этим линзам, фотонами можно будет более эффективно манипулировать). А тот факт, что создаваемые подобным образом линзы являются плоскими, означает, что они могут быть легко интегрированы в другие нанофотонные устройства с помощью обычных методов производства.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.