Исследователи из Института квантовой электроники в Цюрихе разработали уникальную сверхтонкую линзу, способную преобразовывать инфракрасное излучение в видимый диапазон. Инновационная разработка открывает новые возможности для оптических технологий в различных сферах.
Об этом сообщает ProIT
Как работает новая нанолинза
Команда под руководством профессора Рэйчел Грэйндж и аспирантки Улле-Линды Тальтс использовала плоский метаматериал, покрытый наноструктурами, которые получили название металинзы. Эти структуры имеют толщину менее одного микрона и способны изменять длину волны света благодаря генерации второй оптической гармоники. Суть процесса заключается в сочетании фотонов с одинаковой частотой в нелинейном материале, что позволяет создавать фотоны с удвоенной энергией и вдвое меньшей длиной волны.
В основе технологии лежит ниобат лития — материал, который известен своими мощными нелинейно-оптическими свойствами, но является сложным для получения в наномасштабах. Для решения этой задачи исследователи применили золь-гель метод: в жидком состоянии материал подвергается мягкой наноимпринтной литографии для формирования наноструктур, после чего проходит кристаллизацию при температуре 600 °C.
«Раствор, содержащий прекурсоры для кристаллов ниобата лития, можно штамповать, пока он находится в жидком состоянии. Это работает аналогично печатному станку Гутенберга», — объясняет Улле-Линда Тальтс.
Применение и перспективы технологии
Созданная металинза способна фокусировать инфракрасный свет (800 нм) в точку с длиной волны 400 нм, что уже попадает в видимый фиолетовый спектр. При этом интенсивность света в фокусе увеличивается более чем в 30 раз. Технологию можно использовать для защиты документов и купюр: при обычном освещении структура будет невидимой, а при облучении лазером проявит уникальную оптическую подпись.
Кроме того, компактные камеры с такими линзами могут стать революционными для автономного транспорта, медицинской диагностики, производства полупроводников и упростить ультрафиолетовую литографию. Для науки это также шаг к совершенствованию квантовых оптических устройств: новая технология позволяет генерировать запутанные фотоны через спонтанное параметрическое снижение частоты, что повышает качество квантовой связи и вычислений.
В настоящее время команда исследует пути увеличения размера нанокристаллов и уменьшения их пористости для повышения эффективности. В будущем планируется оптимизировать геометрию наноструктур и разработать усовершенствованные резонансные свойства.
Результаты этой научной работы были опубликованы в журнале Advanced Materials.