Dispositivo de imagem integrado Metalens, de Xu et al., doi 10.1117 / 1.AP.2.6.066004 Crédito:Xu et al., doi 10.1117 / 1.AP.2.6.066004
A busca por resolução de imagem cada vez mais alta em microscopia está associada a demandas crescentes por portabilidade compacta e alto rendimento. Embora o desempenho da imagem tenha melhorado, microscópios convencionais ainda sofrem com o volumoso, elementos pesados e arquiteturas associadas à óptica refrativa. Metalenses oferece uma solução:eles são ultrafinos, ultraleve, e plano, e se beneficiar de muitas pesquisas recentes que melhoraram sua eficiência, FOV, e funcionalidades de polarização.
De acordo com Tao Li, professor de engenharia e ciências aplicadas na Universidade de Nanjing, "Um metalens ultracompacto para imagens irá miniaturizar e até mesmo revolucionar os dispositivos ópticos convencionais." Apesar de todo o trabalho em andamento para melhorar as metalenses, a maioria dos grupos de pesquisa está usando-as como um substituto para lentes refrativas convencionais em configurações ópticas convencionais. Para que metalenses se movam em direção à aplicação no mundo real, é importante aprender como integrar metalenses em dispositivos óticos ultracompactos.
Em busca de um sistema de microscópio integrado compacto, A equipe de Li montou um metalens em um sensor de imagem CMOS para criar um protótipo de um dispositivo de imagem do tamanho de uma moeda. Conforme relatado em Fotônica Avançada , seu dispositivo de imagem integrado metalens (MIID) exibe uma arquitetura ultracompacta com uma distância de imagem de trabalho na casa das centenas de micrômetros. Usando um processo simples de costura de imagens, eles são capazes de obter imagens de microscópio de campo amplo com grande FOV e alta resolução.
Sistema de microscópio de bolso
O protótipo MIID envolve um silício metálico de tamanho milimétrico em uma matriz 6 x 6 bem projetada. Apesar da integração de várias lentes, a distância de imagem permanece relativamente pequena (~ 500 μm) porque cada lente tem um tamanho de cerca de 200 μm. De acordo com os autores, ele pode ser estendido à escala de centímetros para cobrir todo o sensor CMOS.
Imagem de MIID integrada com matriz de metalens de polarização multiplexada de fase dupla (PMDP). (a) Distribuição de fase de PMDP metalens no plano x-y. Os quadrados azuis e vermelhos denotam a distribuição de fase para as regiões LCP e RCP metalens, respectivamente. As caixas tracejadas correspondentes demonstram o FOV limitado. (b) Imagem do microscópio óptico de um PMDP metalens com tamanho 200 μm. (c) Fotografia da matriz fabricada de 6 × 6 PMDP metalens. (d) Fotografia do protótipo de MIID em tamanho de cerca de 3,5 cm × 3 cm × 2,5 cm. (f) Imagem costurada da carta de resolução da USAF 1951. Crédito:Xu et al., doi 10.1117 / 1.AP.2.6.066004
A matriz metalens, que é um multiplexador de polarização, tem dois perfis de fase diferentes correspondendo a duas polarizações de luz circulares. De acordo com Li, esta disposição garante a eliminação de áreas cegas.
Os autores esperam que o novo protótipo MIID anuncia uma nova era do sistema de microscópio de bolso. Eles reconhecem que o desempenho da imagem precisa ser melhorado e sugerem uma variedade de abordagens, como a adoção de materiais de baixa perda como GaN e SiN. Eles antecipam avanços contínuos em microscopia com base em meta-tecnologia no futuro.
