Дослідники з Інституту квантової електроніки в Цюриху розробили унікальну надтонку лінзу, здатну перетворювати інфрачервоне випромінювання у видимий діапазон. Інноваційна розробка відкриває нові можливості для оптичних технологій у різних сферах.
Про це розповідає ProIT
Як працює нова нанолінза
Команда під керівництвом професорки Рейчел Грейндж та докторантки Улле-Лінди Тальтс використала плаский метаматеріал, вкритий наноструктурами, які отримали назву металінзи. Ці структури мають товщину менше одного мікрона та здатні змінювати довжину хвилі світла завдяки генерації другої оптичної гармоніки. Суть процесу полягає у поєднанні фотонів з однаковою частотою у нелінійному матеріалі, що дозволяє створювати фотони з подвоєною енергією та вдвічі коротшою довжиною хвилі.
В основі технології лежить ніобат літію — матеріал, який відомий своїми потужними нелінійно-оптичними властивостями, але є складним для отримання у нанорозмірах. Для вирішення цієї задачі дослідники застосували золь-гель метод: у рідкому стані матеріал піддається м’якій наноімпринтній літографії для формування наноструктур, після чого проходить кристалізацію при температурі 600 °C.
«Розчин, що містить прекурсори для кристалів ніобату літію, можна штампувати, поки він перебуває в рідкому стані. Це працює аналогічно до друкарського верстата Гутенберга», — пояснює Улле-Лінда Тальтс.
Застосування та перспективи технології
Створена металінза здатна фокусувати інфрачервоне світло (800 нм) у точку з довжиною хвилі 400 нм, що вже потрапляє у видимий фіолетовий спектр. При цьому інтенсивність світла у фокусі збільшується більш ніж у 30 разів. Технологію можна використовувати для захисту документів та купюр: за звичайного освітлення структура буде невидимою, а при опроміненні лазером проявлятиме унікальний оптичний підпис.
Крім того, компактні камери з такими лінзами можуть стати революційними для автономного транспорту, медичної діагностики, виробництва напівпровідників та спростити ультрафіолетову літографію. Для науки це ще й крок до вдосконалення квантових оптичних пристроїв: нова технологія дозволяє генерувати заплутані фотони через спонтанне параметричне зниження частоти, що підвищує якість квантового зв’язку та обчислень.
Наразі команда досліджує шляхи збільшення розміру нанокристалів та зменшення їх пористості для покращення ефективності. У майбутньому планується оптимізувати геометрію наноструктур та розробити вдосконалені резонансні властивості.
Результати цієї наукової роботи були опубліковані у журналі Advanced Materials.