Ученые из Массачусетского технологического института создали сверхширокоугольную панорамную металинзу. Поскольку ее поле зрения превышает 170 градусов, линзу можно отнести к категории «рыбий глаз», что ранее было недостижимо для однослойной метаповерхности. Изобретение рассчитано на средний инфракрасный диапазон, но доказывает практическую возможность создания однослойных металинз с широким углом зрения и для других диапазонов.

Статья опубликована в ASC Nano.

«Рыбьим глазом» называют сверхширокоугольные объективы, которые позволяют получить кадры с углом обзора до 180 градусов или даже больше. Расплачиваются за такой широкий угол зрения качеством снимка: прямые линии вдали от центра кадра на нем видны как изогнутые, будто при взгляде из-под воды. Такие объективы используются там, где угол зрения важнее качества, а некоторые снимают через рыбий глаз в художественных целях.

Классические линзы используют преломление лучей между средами с разными скоростями света. Поскольку даваемое ими изображение зависит от точной формы границы этих сред, изготовление линзовых стекол — очень тонкий и трудоемкий механический процесс, который невозможно серьезно упростить. Совсем иначе работают металинзы: в них лучи изменяют траекторию не на границе сред, а под действием оптических наноантенн, встроенных в массив метаматериала. Металинзы могут быть толщиной в доли микрона, и совершенно плоскими.

Михаил Шалагинов из МIT и его коллеги изготовили металинзу, чей угол обзора превышает 170 градусов. Строго говоря, достижение эффекта рыбьего глаза не было целью работы. Главной задачей ученых было преодолеть основную проблему оптических схем с единственной металинзой — очень узкое поле зрения, ограниченное конусом с углом вершины в несколько градусов. Изображение за пределами этого угла подвергается аберрациям кома и кривизны поля, которые при удалении от центра кадра набирают такую силу, что линза перестает работать.

Для решения этой проблемы несколько наборов мета-атомов Гюйгенса из теллурида свинца расположили концентрическими кругами на субстрат из фторида кальция толщиной два миллиметра.