Плоские графеновые линзы позволят обойти ограничения дифракционного предела - «Наука и технологии»

При разработке новых фотонных чипов, содержащих нано-оптические компоненты, исследователи сталкиваются с тем, что обычные стеклянные линзы становится крайне тяжело миниатюризировать до столь малого уровня. В поисках подходящей замены оптическим линзам группа из Технологического университета Свинбурна, Автралия, разработала графеновые плоские микролинзы, толщина которых составляет одну миллионную долю метра, при помощи которых можно сфокусировать изображения объектов, размером с одноклеточный микроорганизм. А дальнейшая модернизация данной технологии позволит появиться в будущем смартфонам, компьютерам, наноспутникам, внутри которых для обработки и передачи информации будут использоваться лучи света.

Одним из ограничений, которые не позволяют миниатюризировать обычные линзы, является так называемый дифракционный предел, который является теоретическим пределом разрешающей способности линзы. Было произведено множество попыток преодоления этого ограничения при помощи таких методов, как интерферометрия, голография, лазерные и электронные технологии. И, хотя ученым удалось добиться некоторых успехов, все найденные ими решения были громоздкими, сложными и дорогостоящими.

Еще одним методом преодоления дифракционного предела является использования сверхтонких плоских линз, которые представляют собой концентрические круги, изготовленные на поверхности материала, которые работают как крошечные линзы Френели. Ученые уже успешно изготавливали такие линзы из золота и других металлов, но это все не очень хорошо подходит для условий массового производства.

Технология изготовления графеновых линз была разработана группой из Центра микрофотоники, возглавляемой Хайоруи Чженом (Xiaorui Zheng). Ученые распыляли раствор окиси графена над поверхностью основания, нанося на него один графеновый слой за другим. А для изготовления концентрических кругов из этого всего использовался луч лазера. В результате этого исследователям удалось изготовить сверхтонкие графеновые микролинзы, толщина которых в 300 раз меньше толщины листа бумаги, а вес исчисляется микрограммами.

Согласно имеющейся информации новые микролинзы гибки, а их оптические характеристики позволяют им фокусировать изображения объектов, размерами в 200 нанометров, захватывая диапазон видимого и частично инфракрасного света. Но самым главным является то, что такие микролинзы позволяют обойти дифракционный предел и получить фокусное расстояние, равное менее половины длины волны света.

Когда технология изготовления графеновых микролинз будет "доведена до ума", у этих нанооптических компонентов найдется масса областей применения вне области микроскопии. Такие линзы могут быть использованы для изготовления крошечных датчиков-эндоскопов, в качестве замены обычных линз в оптических системах наноспутников и для увеличения эффективности работы фотонных чипов, которые могут стать основой мощнейших суперкомпьютеров следующих поколений.