Okuma süresi: 3 dk

Sadece tek bir metamercek, gökkuşağının tüm renklerini tek bir noktaya odaklayabiliyor, sanal ve artırılmış gerçeklikte yeni kapılar açıyor.

Metamercekler oldukça ince ve düz olan, yüzeyindeki nanometre ölçeğindeki yapılarla ışığı odaklayabilen merceklerdir. Geleneksel merceklerin aksine oldukça küçük boyutlarda üretilebilmeleri nedeniyle optik biliminde devrim niteliğinde buluşlara sebep olacağı iddia ediliyor. Ancak bu zamana kadarki metamercekler sadece tek bir renkte çalıştığı için spektrumu geniş olan beyaz ışığı odaklamaları mümkün değildi. Harvard Üniversitesi’ndeki bir ekip, yeni tasarımları olan tek bir metamercekle beyaz ışığın tüm renklerini çok küçük bir noktaya odaklamayı başardı. Beyaz ışığı bu kadar küçük noktaya odaklamak bildiğimiz geneleksel merceklerden ancak bir taneden fazla kullanarak başarılabiliyor. Araştırma sonuçları Nature Nanotechnology dergisinde yayınlandı.

Beyaz ışığın tümünü küçük bir noktaya odaklamak oldukça zor bir problem, sebebi ise ışığın farklı renklerinin cam gibi malzemelerde farklı hızlarda ilerlemesi. Örneğin camın içinde kırmızı renkteki ışığın mavi renkteki ışıktan daha hızlı ilerlemesi sonucu iki farklı renkteki ışık aynı noktaya farklı zamanlarda ulaşır, bu da iki renkteki ışığın aynı anda farklı noktalarda odaklanmasına ve odağın olması gerektiğinden çok daha büyük bir alanda olmasına neden olur. Bu olgu renk kaynaklı optik bozulmaya (chromatic aberration) ve sonuç olarak da merceğin elde ettiği görüntünün bozulmasına neden olur.

Kameralar ve teleskop, mikroskop gibi optik cihazlar renk kaynaklı optik bozunumu düzeltmek için birçok farklı şekilde, yüzey eğriliğinde ve malzemeden yapılmış mercekleri aynı anda kullanır. Tabi ki bu da cihazın çok hantal boyutlara ulaşmasını sağlar. Örneğin fotoğrafçıların kullandığı bazı objektiflerin bu kadar büyük olması hep bu optik bozunumları düzeltip kaliteli görüntü elde etmek içindir.

Ekibin lideri Prof. Federico Capasso’ya göre metamercekler geleneksel merceklere göre çok daha avantajlı. Prof. Capasso ekliyor: “Metamercekler ince, imalatı kolay ve ucuz. Bizim katkımız sayesinde metamercekler beyaz ışık için de kullanılabilecek.”

Harvard Teknoloji Geliştirme Ofisi bu projenin haklarını almış olup ürünün piyasaya sürülebilmesi için çalışmaları başlatmış durumda.

Prof. Capasso ve ekibi tarafından geliştirilen metamercekler dizi halinde sıralanmış nano ölçekteki titanyumdiyoksit yapılar sayesinde ışığın tüm renklerini aynı noktaya odaklıyor. Daha önceki çalışmalardan elde edilen metamercek tasarımlarında ışığın farklı renkleri farklı uzaklıklara odaklanabiliyordu. Bu yeni tasarımda ışığın farklı renklerinin aynı anda aynı noktaya odaklanması sağlandı.

Doktora sonrası araştırmacı olan makalenin ilk yazarı Wei Ting Chen’e göre bu tür bir merceğin tasarımının en zor kısmı metamerceğin farklı noktalarına denk gelen ışığın hepsinin aynı noktada odaklanması. Yeni geliştirdikleri tasarım sayesinde merceğin her noktasındaki nanoyapıları tek tek tasarlayarak kırılma indisini yerel olarak kontrol etmek mümkün. Bu sayede metamerceğin her noktasındaki ışık aynı anda aynı noktada odaklanabiliyor.

Makalenin diğer yazarlarından Alexander Zhu’ya göre tasarladıkları metamercek yeni nesil kameralara uyarlanabilir.

Bir sonraki adımda, araştırmacılar bu metamerceği 1 cm çap büyüklüğünde imal etmeyi amaçlıyor. Bu sayede sanal ve artırılmış gerçeklikte dönüm noktası büyüklüğünde başarılar elde edilebilir.

Çeviri: Hasan Yılmaz

Kaynak: https://phys.org/…/2018-01-metalens-focuses-rainbow-possibi…

Makale: A broadband achromatic metalens for focusing and imaging in the visible, Nature Nanotechnology (2018). nature.com/articles/doi:10.1038/s41565-017-0034-6