Metalens compostos alcançam imagens sem distorção com amplo campo de visão

Em um estudo recente, os pesquisadores desenvolveram um metalens composto que permite imagens sem distorção. O estudo, publicado em Engenhariaapresenta uma nova abordagem para engenharia de distorção sob demanda usando metalenses compostos.

Metalenses emergiu como uma tecnologia promissora com aplicações em direção de feixe, imagem, detecção de profundidade e projeção de exibição. No entanto, a distorção óptica, um issue essential na projeto ópticotem sido relativamente inexplorado no contexto da meta-óptica. Os pesquisadores abordaram esta lacuna demonstrando um método genérico para controlar a distorção.

A arquitetura de metalens compostos consiste em uma metassuperfície dupla, que fornece graus adicionais de liberdade em comparação com metalens de camada única. Isto permite a personalização das relações de altura da imagem dependentes do ângulo, permitindo o controle de distorção e minimizando outras aberrações monocromáticas.

A equipe validou experimentalmente seu projeto fabricando um metalens olho de peixe composto. Os metalens exibiram desempenho limitado por difração em um amplo campo de visão de 140° e uma distorção de barril notavelmente baixa de menos de 2%. Em contrapartida, um steel de referência sem compensação teve uma distorção de até 22%.

A metassuperfície dos metalens compreende nanopilares de silício amorfo sobre um substrato de vidro, encapsulados em um revestimento de polimetilmetacrilato (PMMA). Os pesquisadores usaram simulação numérica e um projeto derivado analiticamente, seguido de otimização de traçado de raio, para projetar os metalens. O dispositivo foi fabricado utilizando escrita direta a laser para o batente de abertura de campo e litografia por feixe de elétrons para padronizar as metassuperfícies.

A caracterização dos metalens envolveu a medição da função de propagação de pontos (PSF) usando uma configuração customizada com um eixo óptico giratório. A razão de Strehl e a função de transferência de modulação (MTF) foram calculadas para avaliar a qualidade do foco. Os resultados mostraram excelente concordância com o projeto, indicando boa fidelidade de fabricação e desempenho limitado por difração em todo o campo de visão.

A distorção óptica foi avaliada registrando-se a altura da imagem versus o ângulo de incidência (AOI). As metalens compostas demonstraram uma dependência linear da altura da imagem na AOI, validando o alvo do projeto.

Para demonstrar a capacidade de imagem com FOV amplo e sem distorção, uma configuração de imagem personalizada foi usada para capturar imagens de um alvo panorâmico cilíndrico. As imagens capturadas pelos metalens compostos mostraram distorção mínima em comparação com as dos metalens singletos.

O princípio de design e a abordagem de fabricação dos metais compostos têm o potencial de impactar vários campos, incluindo eletrônicos de consumodetecção automotiva e robótica, imagens médicas e sistemas de visão mecânica. Esta pesquisa abre novas possibilidades para o desenvolvimento de dispositivos ópticos de alto desempenho com redução distorção e melhor qualidade de imagem.