Высокоэффективная широкополосная ахроматическая металинза для биологической визуализации в ближнем инфракрасном диапазоне

В последние годы широкополосные ахроматические металинзы интенсивно исследуются благодаря их значительному потенциалу для применения в потребительских и промышленных изделиях. Несмотря на существенный прогресс, эффективность технологически перспективных кремниевых металинз ограничивается внутренними потерями материала выше ширины запрещённой зоны. В свою очередь, недавно предложенные ахроматические металинзы на основе прозрачных материалов с высоким показателем преломления, таких как диоксид титана, ограничены малой толщиной и демонстрируют относительно низкую эффективность фокусировки на больших длинах волн. Вследствие этого оптическая визуализация на основе металинз в биологическом окне прозрачности до сих пор была существенно ограничена. В данной работе экспериментально продемонстрирована поляризационно-независимая широкополосная ахроматическая металинза из диоксида титана для биологической визуализации в ближнем инфракрасном диапазоне. Разработана технология крупномасштабного изготовления наностолбиков из диоксида титана с рекордно высоким отношением высоты к диаметру; высота столбиков составляет 1,5 мкм, а вертикальность боковых стенок — приблизительно 90°. Продемонстрированная металинза обладает существенно увеличенным диапазоном групповой задержки, а спектральный диапазон ахроматизма значительно расширен до 650–1000 нм; средняя эффективность составляет 77,1–88,5%, а числовая апертура — 0,24–0,1. Данное исследование представляет собой значительный шаг к практическому применению плоской фотоники.