Чтобы получить чёткое увеличенное изображение и избежать искажений в современных оптических приборах со стеклянными изогнутыми линзами требуется либо взять большую линзу, либо использовать несколько линз, расположенных далеко друг от друга. Вот почему мощные оптические микроскопы такие большие, а телеобъективы фотоаппаратов такие длинные. За последние годы технологии продвинулись достаточно, чтобы разместить компактную камеру в смартфоне. Но когда у инженеров появится возможность заменить систему изогнутых линз одной плоской, это позволит ещё больше уменьшить размер объективов и значительно повысить качество получаемой картинки.

С этой целью группа учёных Гарвардского университета под руководством профессора Федерико Капассо разработала дешёвые линзы, которые превосходят те, что используются в дорогостоящих микроскопах. Они получили название Metalens и создаются из метаматериалов. Такая линза включает тонкий слой кварца, покрытого миллионами крошечных столбцов, каждый из которых имеет ширину и высоту всего в несколько десятков и сотен нанометров соответственно. Каждый из этих столбцов короче, чем волны света, с которыми они взаимодействуют, поэтому они «разрезают» лучи света при их прохождении через объектив. Дальше приходит на помощь компьютерный алгоритм, который фокусирует свет как обычный объектив. С помощью такой линзы уже получено увеличение в 170 раз (при высоком разрешении) — этого достаточно, чтобы разглядеть клетки живой ткани.

По мнению Капассо, ученым удалось избежать многих недостатков, присущих обычным линзам. По сравнению с лучшими оптическими объективами современных исследовательских микроскопов фокусное пятно плоской линзы на 30% лучше, что позволяет выявлять очень мелкие детали изучаемых объектов. Еще одно важное достоинство плоских линз: их можно производить на тех же предприятиях, где и микрочипы, что намного выгоднее и дешевле, чем содержать отдельные фабрики для оптики.

На данный момент исследователи используют диоксид титана, так как это наиболее бюджетный вариант, но такое решение работает лишь в диапазоне видимого света. Если же использовать кремний, то линза будет различать инфракрасный свет, а другие материалы могут подойти для ультрафиолета.

Версия для печати (без изображений)