Poleret glas har været i centrum for billedbehandlingssystemer i århundreder. Deres nøjagtige krumning
Skift fokus for at se tydeligt i alle disseskala, kræver normalt fysisk bevægelse af linsen ved at vippe, glide eller på anden måde bevæge sig, normalt ved hjælp af de mekaniske dele, der udgør de fleste mikroskoper og teleskoper.
Forskere graverede overfladen af materialetsmå, præcist mønstrede strukturer, der arbejder sammen som en metaoverflade, der bryder eller reflekterer lys på en unik måde. Når materialegenskaberne ændres, ændres den optiske funktion af metaoverfladen tilsvarende. I dette tilfælde, når materialet har stuetemperatur, fokuserer metaoverfladen lyset for at skabe et klart billede af objektet i en bestemt afstand. Når materialet opvarmes, ændres dets atomstruktur, og som reaktion omdirigerer metaoverfladen lyset for at fokusere på et fjernere objekt.
Således kan de nye aktive metallerjuster fokus uden behov for store mekaniske elementer. Det nye design, der i øjeblikket muliggør infrarød billedbehandling, kunne muliggøre mere fleksible optiske enheder såsom miniature termiske billedkameraer til droner, ultrakompakte termiske kameraer til mobiltelefoner og lavt profilerede nattesynsbriller.
”Vores resultat viser, at voresEn ultratynd, justerbar linse uden bevægelige dele kan give aberrationsfrie billeder af overlappende objekter placeret i forskellige dybder, der konkurrerer med traditionelle omfangsrige optiske systemer."
Tian Gu er forsker ved Massachusetts Institute of Technologys Materials Research Laboratory.
Den nye linse er lavet af et materiale med variabelfase, som holdet producerede ved at tilpasse det materiale, der almindeligvis anvendes i genskrivbare cd'er og dvd'er. Kaldt GST, det er sammensat af germanium, antimon og tellur, og dets indre struktur ændres, når det opvarmes af laserimpulser. Dette gør det muligt for materialet at skifte mellem gennemsigtige og uigennemsigtige tilstande - en mekanisme, der giver dig mulighed for at skrive, slette og overskrive data, der er gemt på cd'er.
Tidligere i år rapporterede forskeretilføjelsen af et andet element, selen, til GST for at skabe et nyt faseskiftende materiale kaldet GSST. Da de opvarmede det nye materiale, skiftede dets atomstruktur fra et amorft, uordnet virvar af atomer til en mere ordnet krystallinsk struktur. Denne faseskift ændrede også måden, hvorpå infrarødt lys bevæger sig gennem materialet, hvilket påvirker brydningsstyrke, men med minimal indflydelse på gennemsigtigheden.
Holdet spekulerede på, om det var muligt at tilpasseskifteevne GSST til at lede og fokusere lys på bestemte punkter afhængigt af dets fase. I dette tilfælde kan materialet fungere som en aktiv linse uden behov for mekaniske dele for at skifte fokus.
"Generelt, når de laver optiskenhed, er det meget vanskeligt at justere dens egenskaber efter produktion. Det er derfor, at have en platform som denne er den hellige gral for optiske ingeniører, der gør det muligt for metallinser effektivt at skifte fokus over et bredt område."
Tian Gu er forsker ved Massachusetts Institute of Technologys Materials Research Laboratory.
I almindelige linser er glasset nøjagtigt buet, således atden indfaldende lysstråle brydes fra linsen i forskellige vinkler og konvergerer ved et punkt i en bestemt afstand, kendt som linsens brændvidde. Linserne kan derefter skabe et klart billede af ethvert objekt i en bestemt afstand. For at vise objekter med forskellige dybder skal linsen bevæges fysisk.
I stedet for at stole på et fastkrumningen af materialet til direkte lys, forsøgte forskerne at ændre de GSST-baserede metalmaterialer, så brændvidden ændres afhængigt af materialets fase. I deres nye undersøgelse fabrikerede de et 1 mikron tykt GSST-lag og skabte en metaoverflade ved at ætse GSST-laget på mikroskopiske strukturer i forskellige former, der bryder lys på forskellige måder.
De testede de nye metaller ved at placere denpå scenen og belyst med en laserstråle, der er indstillet til det infrarøde lysområde. På visse afstande foran linsen placerede de gennemsigtige genstande bestående af dobbeltsidede vandrette og lodrette stribemønstre kendt som opløsningsdiagrammer, som ofte bruges til at teste optiske systemer.
Linsen i den oprindelige amorfe tilstand gav en skarpbillede af det første mønster. Gruppen varmer derefter linsen op for at omdanne materialet til en krystallinsk fase. Efter overgangen og med fjernvarmekilden producerede linsen et lige så skarpt billede, denne gang af et andet, mere fjernt sæt striber.
Eksperimenter viser, at metal kanaktivt skifte fokus uden nogen mekanisk bevægelse. Forskerne siger, at metalobjektivet potentielt kan være lavet med indbyggede mikroovne til hurtigt at opvarme materialet i korte millisekundimpulser. Ved at ændre opvarmningsforholdene kan de også indstille sig på mellemstatus for andre materialer, hvilket giver kontinuerlig fokusjustering.
Læs også:
Det første nøjagtige kort over verden blev oprettet. Hvad er der galt med alle andre?
Se på Hubble-fotos af planetariske tåger.
Fysikere har skabt en analog til et sort hul og bekræftet Hawkings teori. Hvor det fører hen?