Несмотря на то, что современные камеры, микроскопы и другое оптическое оборудование достигли небывалого уровня развития за последние годы, оптическая технология, которая используется во всех этих устройствах и приборах на самом деле особо не менялась еще с момента своего изобретения в начале 1700-х годов. Даже в самом высококлассном оборудовании как правило используется технология линзирования, разработанная примерно 1730-м году.

Основная функция линз заключается в объединении световых волн различной длины в единый луч, которые в противном случае фокусировались бы в разных точках будущего изображения. Использование линз позволяет решить проблему хроматической аберрации или фиолетового гало, которое возникает в случае расфокусировки, поскольку волны света обладают различной длиной. И хотя линзы в этом довольно эффективны, использующиеся при их изготовлении различные материалы делают их не всегда удобными и дорогими. Кроме того, при их производстве требуется очень тщательная и точная полировка, а также оптическое центрирование.

Ученые из Школа инженерных и прикладных наук (SEAS) Гарвардского университета разработали решение. Они создали «метакорректор». Он представляет собой однослойную поверхность нанопилларов (на изображении выше), расположенных на расстоянии менее одной длины волны между собой, что наделяет их способностью манипулирования фазами, амплитудой и уровнями поляризации света, предлагая более простой, дешевый и более эффективный способ корректировки хроматической аберрации.

Изображение, полученное с использованием метакорректора (слева) и без (справа)

Дополнительный плюс технологии заключается в том, что ее можно использовать вместе с обычными преломляющими свет оптическими компонентами, что открывает широкие возможности для ее применения.

«Представьте, что свет разделяется на пакеты, которые двигаются с различной скоростью и достигают нужной точки в разное время. С использованием нонопилларов пакеты будут достигать фокусной точки одновременно», — объясняет Вэй Тин Чен, научный сотрудник лаборатории прикладной физики SEAS и автор опубликованной статьи, описывающей изобретение в журнале Nano Letters.

Разработчики метакорректора говорят, что технология «фундаментально отличается» от традиционных методов корректировки, поскольку здесь применяется наноструктурная инженерия.

«Благодаря этому мы можем выйти за рамки материальных ограничений линз и получить гораздо более высокую производительность», — добавляет соавтор разработки Александр Чжу.

По словам ученых, технология может применяться во всех видах коммерческих оптических систем, начиная от самых простых линз и заканчивая самыми продвинутыми микроскопами, где могут использоваться до 14 высококлассных линз.

Разработчики также добавляют, что собираются еще сильнее повысить эффективность метакорректора, чтобы технологию можно было использовать в компактных оптических устройствах и другой продвинутой технике.