Группа исследователей наглядно продемонстрировала, что недавно разработанные метаповерхностные линзы в пиксельном масштабе — плоские поверхности, которые используют наноструктуры для управления светом — могут использоваться для создания датчиков изображения, которые примерно в три раза более чувствительны, чем те, которые применяются. Новая архитектура сенсора может позволить цифровым камерам снимать быстрее или в условиях с меньшим количеством света.
В обычном датчике информация о цвете получается с помощью цветных фильтров, которые поглощают часть света. Красный фильтр, например, пропускает только красные длины волн, поглощая все другие длины волн. Это означает, что фактически обнаруживается только около 30% света.
Чтобы повысить чувствительность, исследователи NTT разработали массив металин, который получает информацию о цвете без оптических потерь с помощью процесса, известного как сортировка по цвету. Это включает в себя разделение света на красный, зеленый и синий, а затем фокусировку каждого цвета на разных пикселях. Массив металин в пиксельном масштабе был создан путем травления наностержней в слое нитрида кремния толщиной 1250 нм.
Хотя экспериментально продемонстрированы другие цветоделители с пиксельной шкалой, они не применимы для потребительских устройств, поскольку были либо неэффективны, на них влияла поляризация света, либо были чувствительны к свету, который мог попасть на датчик под косым углом. Однако новые метаповерхности основаны на обогащенной дисперсией метаповерхностной платформе, которая делает их нечувствительными к поляризации и подавляет спектральные перекрестные помехи для всех цветных пикселей. Поскольку металины настолько эффективны при фокусировке света, на их характеристики сортировки по цвету не влияет косой свет.
Исследователи использовали оптический микроскоп, чтобы имитировать путь, которым свет проходит через массив металин, прежде чем достигнет датчика. Этот эксперимент показал, что, по сравнению с датчиком на основе фильтра, датчик на основе Metalens генерирует цветные изображения с 2,83-кратным усилением уровня сигнала без ущерба для качества цвета.
Новые металины производятся с использованием CMOS-совместимого процесса, их можно легко интегрировать в современные датчики для создания устройств формирования изображений без фильтров.