Einem Forschungsteam, bestehend aus Wissenschaftlern aus Singapur und China unter der Leitung von Cheng-Feng Pan, ist es gelungen, eine neue Methode zur Herstellung von multilayer achromatischen Metalinsen (MAMs) mittels 3D-Druck zu entwickeln. Diese Innovation bietet eine verbesserte Lösung für die Herausforderungen, die herkömmliche Linsen in Bezug auf die numerische Apertur (NA) und Bandbreite aufweisen. Das berichtet phys.org.
Neue Ära in der Linsenfertigung
Traditionelle flache Optiken, die aus Nanostrukturen mit hochbrechenden Materialien bestehen, sind auf spezifische Wellenlängen beschränkt. Das Forschungsteam hat diesen Einschränkungen entgegengewirkt, indem es eine Kombination aus Topologieoptimierung und Ganzwellenlängensimulationen anwendete, um eine neue Generation von Metalinsen zu entwerfen. Diese Metalinsen zeichnen sich durch eine hohe numerische Apertur, breitbandige Leistungsfähigkeit und Polarisationsunempfindlichkeit aus. Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift „Science Advances“ veröffentlicht und zieren das Titelbild der Ausgabe.
Durchbruch in der Bildgebung
Die neuen Metalinsen zeigen bemerkenswerte Bildgebungsleistungen in einer Vielzahl von Anwendungen, darunter Lichtfeldbildgebung, Bioanalytik, Medizin und Quantentechnologien. Ihre ultrakompakte, ultradünne und leichte Bauweise macht sie ideal für hochentwickelte Bildgebungssysteme. Die Verwendung von Materialien mit hohem Brechungsindex stellt jedoch herkömmlicherweise eine Herausforderung für die breitbandige Implementierung dar.
3D-Druck als Schlüsseltechnologie
Durch den Einsatz von 3D-Druckverfahren konnten die Wissenschaftler komplexe, mehrschichtige Strukturen in einem einzigen Lithographieschritt erzeugen. Diese Methode ermöglichte es, schnell Prototypen zu entwickeln und eine Vielzahl von 3D-Designs umzusetzen. Die erzielten Metalinsen zeigten eine bisher unbekannte Leistungsfähigkeit, die die Vorteile des hochauflösenden Nanoskalen-3D-Drucks voll ausschöpft.
Experimentelle Ergebnisse und Zukunftsaussichten
Die experimentellen Ergebnisse demonstrierten die hohe Fokussierungseffizienz und Bildqualität der Metalinsen, insbesondere in der achromatischen Bildgebung unter weißem Licht. Die Forscher konnten chromatische Aberrationen effektiv eliminieren und damit die Grenzen herkömmlicher einlagiger flacher Optiken überschreiten. Der Blick in die Zukunft zeigt, dass die Verwendung von hochauflösenden 3D-Druckmethoden und hochbrechenden Harzen zu einem noch leistungsfähigeren, multifunktionalen optischen System führen wird, das über das sichtbare Spektrum hinaus in den nahen oder mittleren Infrarotbereich reicht.
