A study of super-oscillatory lenses of high frecuencies using metamaterials

Abstract

The first part of this work deals with the design, numerical demonstration and experimental characterization of an ultra-thin super-oscillatory lens (SOL) based on metamaterials (MTMs) at the Terahertz range, with a resolution below the diffraction limit. This SOL is binary and its two different zones are implemented using metasurface concepts with hexagonal unit cells. This way, the transparency and hence efficiency is optimized compared to the conventional transparentopaque zoning approach that inevitably introduces a high reflection because of the opaque regions. The constructed metalens generates a sharp focal spot with a transversal resolution of 0.370 (≈2 times below the resolution limit) at the focal length of 14.60 with relatively high enhancement. The second part of this work seeks to combine gradient-index (GRIN) and super-oscillation (SO) concepts to improve the binary SOL. The study is carried out through an extense analytical process of optimization. The proposed super-oscillatory pseudogradient-index metalens design technique offers a new approach to match, and even improve, some of the focusing properties that are attainable in the state-of-the-art SOLs.

La primera parte de este trabajo versa sobre el diseño, la demostración numérica y la caracterización experimental de una lente en el rango de los Terahercios, ultra-compacta y súperoscilatoria (SOL), basada en metamateriales (MTMs) que proporciona una resolución que supera el límite clásico de difracción. Las dos zonas de esta lente binaria se implementan utilizando una metasuperficie basada en una celda unidad de tipo hexagonal. Con este enfoque se consigue mejorar la eficiencia de transmission en comparación con el tradicional uso de una máscara de amplitud basada en zonas opacas y transparentes que, inevitablemente, ofrece una alta reflexion en las zonas opacas. La metalente construida es capaz de generar un foco con una resolución transversal de 0.370 (que supera por un factor ≈2 el límite de difracción) en la distancia focal de 14.60, capaz de concentrar el campo eléctrico que incide en la lente eficientemente. La segunda parte de este trabajo busca combinar dos conceptos, el gradiente del índice de refracción (GRIN) y las super-oscilaciones (SO) para mejorar la metalente binaria construida en la primera parte de este trabajo. Este estudio se ha basado en un intenso proceso analítico de optimización. La técnica desarrollada para diseñar una metalente superoscilatoria de índice pseudogradual ofrece un nuevo enfoque que iguala, y a veces mejora, algunas propiedades de enfocamiento con respecto a las que se pueden conseguir hoy en día con las lentes superoscilatorias de última generación.