Os pesquisadores desenvolveram uma lente ótica com a maior abertura numérica de espaço livre até hoje, alcançando um valor pouco abaixo de 1. Como a abertura numérica indica a resolução mais alta possível que uma lente pode atingir, a nova lente pode focar a luz com capacidade sem precedentes, bem como coletar luz de ângulos amplos. Essas habilidades devem tornar a lente particularmente útil para aplicações de pouca luz, como emissão de fóton único, que é freqüentemente usado em sistemas de óptica quântica.

Os pesquisadores, liderado por Arseniy Kuznetsov e Ramón Paniagua-Domínguez, na A * STAR (Agência para a Ciência, Tecnologia, e Pesquisa) e a Universidade Tecnológica de Nanyang, ambos em Cingapura, publicaram um artigo sobre a lente com abertura numérica próxima da unidade em uma edição recente da Nano Letras .

Anteriormente, a maior abertura numérica para uma lente de espaço livre foi de 0,95, o que corresponde a um ângulo máximo de coleta de cerca de 72 °. Devido à forma como essas lentes são feitas, eles também são grandes e caros, e, portanto, não pode ser facilmente reduzido para funcionar com sistemas muito pequenos.

Com sua abertura numérica de 0,99, a nova lente tem uma resolução mais alta e um ângulo de coleta maior de 82 °. A nova lente é feita de metassuperfície em vez de materiais de lente tradicionais. A metassuperfície consiste em um padrão de estruturas em escala de sub comprimento de onda e tem uma espessura total de menos de um comprimento de onda de luz, resultando em um tamanho pequeno que expande muito suas aplicações potenciais.

"Lentes de alta abertura numérica / objetivas de microscópio são os principais componentes ópticos amplamente usados ​​em microscopia, sistemas de detecção óptica, litografia óptica, óptica quântica, etc, "Kuznetsov disse Phys.org . "Ter uma alta abertura numérica é de primordial importância para alcançar uma alta resolução e alto nível de detecção de sinais ópticos. As lentes / objetivos de microscópio de alta abertura numérica existentes são volumosos e caros. Neste trabalho, nós mostramos isso, usando um novo conceito de metassuperfície baseado em nanoantenas dielétricas, é possível projetar e realizar componentes ópticos planos que podem atingir uma abertura numérica maior do que todas as objetivas ópticas existentes, usando apenas um dispositivo com apenas algumas centenas de nanômetros de espessura. "

Para demonstrar as vantagens da nova lente, os pesquisadores usaram para criar imagens de centros de vacância de nitrogênio em nanocristais de diamante, que têm várias dezenas de nanômetros de tamanho. As imagens digitalizadas pelos novos metalens revelaram manchas menores em comparação com as imagens digitalizadas usando lentes comerciais com aberturas numéricas menores, demonstrando a maior resolução da nova lente.

Os pesquisadores esperam que, no futuro, a nova lente também pode ser usada para fazer melhorias na fotolitografia, que é usado para produzir chips de computador e outros dispositivos de alta resolução. Além disso, espera-se que a coleção grande angular da nova lente aumente a eficiência dos processos de emissão de fóton único, que são usados ​​em sistemas de óptica quântica.

"Acreditamos que este novo conceito encontrará amplas aplicações em áreas onde a detecção de sinais ópticos fracos é importante, "Kuznetsov disse." Um exemplo é a óptica quântica, que lida com sistemas contendo apenas átomos ou emissores quânticos que emitem luz no nível de um único fóton. Essas lentes planas não só permitem a detecção de sinais ópticos fracos, mas também pode operar em condições extremas de baixas temperaturas e no vácuo, o que é típico para experimentos de óptica quântica.

"Outra direção de aplicação importante pode ser em dispositivos fotônicos portáteis e móveis, onde a integração densa de componentes ópticos de alta eficiência é necessária. Por exemplo, as lentes poderiam encontrar aplicações em câmeras de telefones celulares e óculos de realidade aumentada. "

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