Double-layer polarization-independent achromatic metasurface array for optical fiber bundle coupling in microendoscope

光学 材料科学 消色差透镜 捆绑 纤维束 数值孔径 小型化 光纤 衍射 波长 光电子学 物理 复合材料 纳米技术
作者
Yan Sun,Chang Wang,Shuhang Zheng,Xiao Tao,Xinyu Liu,Yong Li,Fei Wu,Zhenrong Zheng
出处
期刊:Scientific Reports [Springer Nature]
卷期号:12 (1) 被引量:7
标识
DOI:10.1038/s41598-022-24785-3
摘要

Abstract Optical fiber bundle-based microendoscope, which is significant in clinical diagnosis and industrial detection, calls for miniaturization of the probe and high-resolution observation. Here, we propose a double-layer metasurface array borrowing the structures of insect compound eyes to meet both requirements instead of traditional optical components. Each unit in the array aims for an incident field of view, focusing light at the center of the fiber end face with no chromatic aberration at the wavelengths of 470 nm, 530 nm and 630 nm. The metasurface array is composed of a series of isotropic TiO 2 nanopillars which are special selected after considering resonance mode and angular dispersion characteristics, etched on both sides of a silica substrate, with the individual functions of deflecting and focusing. In image space, numerical aperture (NA) is 0.287 and the particular layout of two layers achieve zero telecentricity theoretically, which meet the requirements of optical fiber bundle coupling. A unit for incident angle of 20° is shown to validate our design approach numerically, which obtains a focused spot close to the diffraction limit. The compact and ultrathin metasurface could greatly reduce the size of the probe in optical fiber bundle based microendoscope while ensuring the imaging quality.
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