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UV光向けフラットレンズのデモンストレーション

June, 14, 2016, Amsterdam--AMOLF研究チームは、従来のガラスレンズのように曲面ではなく、フラットな新しい光学レンズを作製した。レンズは、1968年Veselagoが初めて予言した負の屈折率によって機能するもので、紫外光を回折限界スポットに集光させる。アプリケーションは、超コンパクトなストレージデバイス、超小型顕微鏡装置にもある。
 1968年にVeselagoが初めて予言して以来、負の屈折率によって光を集光するフラットレンズのコンセプトは光学研究者の関心を引き付けた。そのようなフラットレンズには光軸が存在せず、大規模な平行イメージングが可能となり、焦点距離は光波長よりも小さく、したがってイメージングに多くの新しいアプリケーションが可能になる。しかし負の屈折率は、自然の材料には存在しない。負の屈折率を示すハイパーボリック・メタマテリアルが開発されたが、実用的なフラットレンズ製造には適していない。異方性が強い収差につながり、画像が強くぼやけるからである。
 研究チームは、フラットレンズの新設計を発表した。これはハイパーボリック・メタマテリアル設計にヒントを得たもので、そのような設計では光の分散は、等方性の負の屈折率n=-1の応答 をエミュレートするように設計されており、これにより収差を回避する。研究チームは、銀/二酸化チタン単一周期薄膜多層構造を用いて波長λ=364nm、UVで動作するフラットレンズを作製した。共焦点顕微鏡を使い、フラットレンズ表面からわずか350nmの位置に鮮明な焦点を観察し、解析計算および数値シミュレーションと非常によく一致していることが確認された。グループリーダー、Albert Polmanは、「そのように簡単な異方性層構造が、それほど多くの等方的性質を持つことに驚いた。非常に簡単なデザインを利用することで、われわれは光を反対方向に送ることができ、多くの画期的なアプリケーションへの道が明らかになった」とコメントしている。