L’image de la Lune dans la bannière n’a peut-être pas l’air si spectaculaire, mais elle est absolument stupéfiante d’un point de vue technique. Ce qui le rend si unique, c’est qu’il a été pris via un télescope à l’aide d’un objectif complètement plat. Ce type de lentille, appelée métalène, existe depuis un certain temps, mais une équipe de chercheurs de l’Université d’État de Pennsylvanie (PSU) a récemment fabriqué la plus grande jamais réalisée. À huit cm de diamètre, il était assez grand pour être utilisé dans un véritable télescope – et produire l’image ci-dessus de la Lune, même si elle était floue.
Les Metalenses ont déjà été produites, mais généralement à l’échelle millimétrique. Ils utilisent des nanostructures gravées dans la surface de la lentille elle-même, forçant la lumière qui les traverse vers un point focal central, tout comme le fait la surface incurvée d’une lentille typique utilisée en optique. Une partie de la raison pour laquelle d’autres métalenses ont été relativement petites jusqu’à présent est la difficulté de créer ces nanostructures sur une structure de lentille plus grande.
Pour cela, l’équipe de PSU s’est tournée vers un procédé de fabrication alternatif – la photolithographie dans l’ultraviolet profond (DUV), un procédé généralement utilisé pour créer des puces informatiques à grande vitesse. Comparé au processus typique de création de métalènes de la lithographie par faisceau d’électrons, le DUV présente plusieurs avantages.
Crédit – Chaîne YouTube TEDx Talks
Tout d’abord, il est reproductible à grande vitesse. L’équipe, dirigée par le Dr Xingjie Ni, a fait ce que font tous les bons résolveurs de problèmes. Ils ont pris un gros problème – dans ce cas, comment couvrir la surface d’un cercle de 4 cm avec des antennes nanostructurées – et l’ont décomposé en morceaux gérables. Ces morceaux se sont avérés être des régions de 22 mm x 22 mm de la plaque, et ils ont ensuite modelé les structures d’antenne nécessaires sur la lentille à l’aide d’un système DUV à Cornell.
Un deuxième avantage est que DUV est capable de produire constamment de petits détails. Cela est particulièrement vrai lorsqu’il est utilisé pour créer des transistors sur une puce informatique, mais dans ce cas, les antennes nanostructurées pourraient être produites avec le même niveau de précision.
Cela ne veut pas dire que l’ensemble du processus de recherche était aussi simple que d’exécuter un nouveau système pour créer une version plus grande d’une technologie connue. Les chercheurs ont dû réduire considérablement la taille du fichier utilisé pour diriger la machine DUV sur la façon de fonctionner. Ils l’ont fait en utilisant des approximations de données et d’autres techniques de compression de fichiers.
Crédit – Jeff Xu / Penn State
Même avec tous ces efforts, des défis subsistent – le plus notable étant l’aberration chromatique. L’aberration chromatique se produit lorsque différentes couleurs de lumière sont courbées différemment par les antennes nanostructurées. Cela crée différents points focaux pour différentes couleurs de lumière, ce qui les rend flous s’ils sont collectés dans la même image. Mais le Dr Ni et ses étudiants diplômés travaillent dur pour concevoir un nouveau système amélioré qui pourrait éliminer le problème d’aberration chromatique et d’autres problèmes optiques causés par la surface plane.
Cependant, l’astronomie n’est pas la seule application pratique pour ces métalenses plus grands. Malgré leur omniprésence, les lentilles de l’appareil photo d’un téléphone portable sont toujours incurvées, ce qui occupe une place précieuse dans sa conception. En règle générale, vous pouvez voir une protubérance près de l’objectif de l’appareil photo sur les modèles de téléphones portables les plus minces. Avec un véritable métal qui fonctionne comme prévu, ces problèmes pourraient être éliminés, ce qui entraînerait une vaste base d’installation si les fabricants de téléphones portables s’y intéressaient. Les astronomes amateurs et professionnels obtiendraient probablement également de bien meilleures images de la Lune.
