近赤外光を可視化する超薄膜レンズ (Ultra-thin lenses that make infrared light visible)

2025-06-02 スイス連邦工科大学チューリッヒ校 (ETH)(チューリッヒ工科大学)

ETHチューリッヒの物理学者らは、驚くべき性質を持つ「超薄型メタレンズ」を開発しました。このレンズは、赤外線(不可視光)を半分の波長に変換し、可視光(例えば紫色)として観察可能にします。素材にはリチウムナイオベートを使用し、ナノスケールの微細なパターンを表面に刻むことで実現されています。この金属酸化物レンズは、厚みが従来のレンズの何十分の一という極薄設計でありながら、赤外線を可視光に変換し、焦点に集光させるという高度な機能を持っています。応用例としては、紙幣や証明書に埋め込む偽造防止用のセキュリティ機能、極薄フィルム型カメラレンズなどが考えられます。

近赤外光を可視化する超薄膜レンズ (Ultra-thin lenses that make infrared light visible)
Infrared light passes through the metal lens and is converted into violet light and focussed in a focal point due to the material and the special surface structures – enlarged in the magnifying glass. (Graphics: Ü.Talts / ETH Zurich)

<関連情報>

非線形メタレンズのためのスケーラブルなニオブ酸リチウムナノインプリント Scalable Lithium Niobate Nanoimprinting for Nonlinear Metalenses

Ülle-Linda Talts, Helena Weigand, Irene Occhiodori, Rachel Grange
Advanced Materials  Published: 14 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/adma.202418957

Abstract

Miniaturizing nonlinear optical components is essential for integrating advanced light manipulation into compact photonic devices, enabling scalable and cost-effective applications. While monocrystalline lithium niobate thin films advance nonlinear nanophotonics, their high inertness limits the design of top-down fabricated nanostructures. A versatile bottom-up fabrication method based on nanoimprint lithography is presented for achieving polycrystalline lithium niobate nanostructures and demonstrate its significant potential for nonlinear metasurfaces. The fabrication enables nearly vertical features and aspect ratios of up to 6 combined, which we combine with a novel solution-derived material with high effective second-order nonlinearity deff of 5 pm V−1. On this platform, second-harmonic focusing is demonstrated over a broad spectral range from near-ultraviolet to near-infrared, increasing the nonlinear signal intensity by up to 34 times. This method enables the first lithium niobate metalens and expands the field of nonlinear metasurfaces by providing a low-cost, highly scalable fabrication method for engineered nonlinear nanostructures.

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