Les métaux composés permettent d’obtenir une imagerie sans distorsion avec un large champ de vision

Dans une étude récente, des chercheurs ont développé un composé métallique qui permet une imagerie sans distorsion. L’étude, publié dans Ingénierieprésente une nouvelle approche de l’ingénierie de distorsion à la demande utilisant des métalenses composés.

Les Metalenses sont apparues comme une technologie prometteuse avec des applications dans l’orientation du faisceau, l’imagerie, la détection de profondeur et la projection d’écran. Cependant, la distorsion optique, facteur crucial dans la conception optique, a été relativement inexplorée dans le contexte de la méta-optique. Les chercheurs ont comblé cette lacune en démontrant une méthode générique pour contrôler la distorsion.

L’architecture métallique composée se compose d’une métasurface doublet, qui offre des degrés de liberté supplémentaires par rapport à une métasurface monocouche. Cela permet une personnalisation des relations de hauteur d’image en fonction de l’angle, permettant un contrôle de la distorsion tout en minimisant les autres aberrations monochromatiques.

L’équipe a validé expérimentalement leur conception en fabriquant un composé fisheye metalens. Les métaux présentaient des performances limitées par la diffraction sur un large champ de vision de 140° et une distorsion en barillet remarquablement faible, inférieure à 2 %. En revanche, un métal de référence sans compensation présentait une distorsion allant jusqu’à 22 %.

La métasurface des métalens comprend des nanopiliers de silicium amorphe sur un substrat de verre, encapsulés dans un revêtement de polyméthacrylate de méthyle (PMMA). Les chercheurs ont utilisé la simulation numérique et une conception dérivée analytiquement, suivie d’une optimisation du lancer de rayons, pour concevoir les métaux. Le dispositif a été fabriqué en utilisant une écriture directe au laser pour le diaphragme de champ et une lithographie par faisceau d’électrons pour modeler les métasurfaces.

La caractérisation des métaux impliquait la mesure de la fonction d’étalement de points (PSF) à l’aide d’une configuration personnalisée avec un axe optique rotatif. Le rapport de Strehl et la fonction de transfert de modulation (MTF) ont été calculés pour évaluer la qualité de la mise au point. Les résultats ont montré un excellent accord avec la conception, indiquant une bonne fidélité de fabrication et des performances limitées par la diffraction sur l’ensemble du champ de vision.

La distorsion optique a été évaluée en enregistrant la hauteur de l’image en fonction de l’angle d’incidence (AOI). Les métaux composés ont démontré une dépendance linéaire de la hauteur de l’image sur l’AOI, validant ainsi l’objectif de conception.

Pour présenter la capacité d’imagerie à champ de vision large et sans distorsion, une configuration d’imagerie personnalisée a été utilisée pour capturer des images d’une cible panoramique cylindrique. Les images capturées par les métaux composés ont montré une distorsion minimale par rapport à celles des métaux singules.

Le principe de conception et l’approche de fabrication des métaux composés ont le potentiel d’avoir un impact sur divers domaines, notamment l’électronique grand public, la détection automobile et robotique, l’imagerie médicale et les systèmes de vision industrielle. Cette recherche ouvre de nouvelles possibilités pour le développement de dispositifs optiques hautes performances avec une distorsion réduite et une qualité d’imagerie améliorée.