Les chercheurs de l’école d’ingénierie et des sciences appliquées de L’université de Harvard ont annoncé avoir développé une solution qui pourrait révolutionner la conception des optiques modernes, tout en supprimant les aberrations chromatiques.
Cette solution repose sur les “metalenses”. Ces lentilles en métal sont constituées de nano-piliers, dont nous vous avions déjà parlé dans un précédent article. Cette technologie très prometteuse pourrait à terme remplacer le verre. Cela aboutirait à une miniaturisation incroyable des dispositifs optiques que nous connaissons aujourd’hui. La création d’objectifs plats est même envisagée. De quoi intéresser entre autres les fabricants de smartphones pour leurs capteurs photo.
Si les metalenses sont encore loin d’être capables de remplacer le verre dans une optique, les progrès sont très rapides. Les chercheurs viennent de publier un document montrant une application concrète de ces recherches.
Un élément minuscule intégrable dans un objectif et composé de nano-piliers en dioxyde de titane permet de supprimer les aberrations chromatiques. Appelé meta-correcteur, il pourrait aussi ouvrir la voie à la conception d’objectifs beaucoup plus petits.
Le problème des aberrations chromatiques
Les aberrations chromatiques sont des franges colorées que l’on retrouve dans certaines situations à fort contraste. Elles apparaissent lorsque l’objectif ne réussit pas à focaliser toutes les couleurs sur un point unique. Ces franges sont un problème courant en photographie, surtout avec des objectifs d’entrée de gamme.
Les solutions actuelles consistent à utiliser une organisation complexe de lentilles coûteuses dont la fonction est de réduire ces aberrations. Voilà pourquoi les objectifs qui gèrent le mieux les aberrations chromatiques sont souvent des objectifs professionnels, coûteux et imposants. Cette approche est imposée par les lois de l’optique.
Si la correction de ces aberrations est souvent réalisable de manière logicielle, une nouvelle solution, apportée par les chercheurs de l’université d’Harvard, serait capable de résoudre ce problème en amont.
Les metalenses et les aberrations chromatiques
Les metalenses contournent les limites imposées par les lois de l’optique, et qui imposent ces constructions complexes depuis toujours pour éliminer les aberrations chromatiques.
Les derniers progrès des metalenses leur permettent désormais d’orienter tout le spectre lumineux en même temps sur un minuscule point.
Cet exploit permet, entre autres, d’éliminer les aberrations chromatiques.
Les chercheurs ont donc développé une application dérivée intéressante, appelée meta-correcteur. Cette surface truffée de nano-piliers de métal n’a pas vocation à être un objectif à part entière. Il ne remplace donc pas totalement le verre, mais permet une construction utilisant moins d’éléments.
Le meta-correcteur peut théoriquement être intégré à tout type d’objectif. La lumière qui arrive à différentes vitesses est focalisée et synchronisée par les nano-structures afin que les différents rayons du spectre lumineux arrivent sur le même point focal en même temps. Les aberrations chromatiques sont donc éliminées.
Les images fournies dans le document des chercheurs et visibles ci-dessous montrent le résultat de l’intégration d’un meta-correcteur dans un microscope optique.
Il devient ainsi théoriquement possible d’utiliser le “méta-correcteur” pour créer de nouveaux types d’objectifs moins imposants, moins chers, plus faciles à fabriquer, tout en corrigeant mieux les aberrations chromatiques.
Une étape vers l’avènement des metalenses ?
L’équipe de chercheurs continue à travailler à améliorer sa technologie. L’objectif est de pouvoir l’utiliser dans toutes sortes de systèmes optiques. Les applications sont variées, depuis les microscopes de pointe aux appareils optiques miniaturisés, en passant par les objectifs de nos appareils photo.
Cette étape du metacorrector est considérée comme un pas important vers la réalisation de systèmes optiques basés uniquement sur des metalenses. Ces systèmes permettront peut-être un jour de supprimer totalement le verre, mais se heurtent encore à des obstacles importants.
Des objectifs de taille minuscule, sans aberrations chromatiques, avec des performances optimales, solides, moins complexes, et qui coûtent beaucoup moins cher à concevoir : voilà la promesse théorique des metalenses.
En attendant de peut-être utiliser un jour des objectifs sans verre, le « metacorrector » est une première application concrète intéressante. Il ne reste plus qu’à voir si les fabricants de matériel photo vont s’intéresser à cette nouvelle approche, et quand les premières applications concrètes pourraient voir le jour.
Source : SEAS Harvard
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