Poliertes Glas steht seit Jahrhunderten im Mittelpunkt bildgebender Systeme. Ihre genaue Krümmung
Ändern Sie den Fokus, um in all diesen klar zu sehenMaßstab erfordert normalerweise eine physische Bewegung des Objektivs durch Kippen, Schieben oder anderweitiges Bewegen, normalerweise unter Verwendung der mechanischen Teile, aus denen die meisten Mikroskope und Teleskope bestehen.
Die Forscher gravierten die Oberfläche des Materialswinzige, präzise gemusterte Strukturen, die als Metaoberfläche zusammenarbeiten und Licht auf einzigartige Weise brechen oder reflektieren. Wenn sich die Materialeigenschaften ändern, ändert sich die optische Funktion der Metaoberfläche entsprechend. In diesem Fall fokussiert die Metaoberfläche bei Raumtemperatur das Licht, um ein klares Bild des Objekts in einer bestimmten Entfernung zu erzeugen. Wenn das Material erhitzt wird, ändert sich seine Atomstruktur, und als Reaktion darauf lenkt die Metaoberfläche das Licht um, um sich auf ein weiter entferntes Objekt zu konzentrieren.
Somit können die neuen aktiven MetalleStellen Sie den Fokus ein, ohne sperrige mechanische Elemente zu benötigen. Das neue Design, das derzeit Infrarot-Bildgebung ermöglicht, könnte flexiblere optische Geräte wie Miniatur-Wärmebildkameras für Drohnen, ultrakompakte Wärmebildkameras für Mobiltelefone und Nachtsichtbrillen mit niedrigem Profil ermöglichen.
„Unser Ergebnis zeigt, dass unsereEine ultradünne, abstimmbare Linse ohne bewegliche Teile kann aberrationsfreie Bilder von überlappenden Objekten in unterschiedlichen Tiefen liefern und konkurriert damit mit herkömmlichen sperrigen optischen Systemen.“
Tian Gu ist Forschungswissenschaftler am Materials Research Laboratory des Massachusetts Institute of Technology.
Die neue Linse besteht aus einem Material mit variablerPhase, die das Team durch Optimierung des in wiederbeschreibbaren CDs und DVDs üblichen Materials erstellt hat. Es wird GST genannt und besteht aus Germanium, Antimon und Tellur. Seine innere Struktur ändert sich, wenn es durch Laserpulse erhitzt wird. Auf diese Weise kann das Material zwischen transparenten und undurchsichtigen Zuständen wechseln - ein Mechanismus, mit dem Sie auf CDs gespeicherte Daten schreiben, löschen und überschreiben können.
Anfang dieses Jahres berichteten Forscherdie Hinzufügung eines weiteren Elements, Selen, zur GST, um ein neues phasenwechselndes Material namens GSST zu erzeugen. Während sie das neue Material erhitzten, verschob sich seine Atomstruktur von einem amorphen, ungeordneten Gewirr von Atomen zu einer geordneteren Kristallstruktur. Diese Phasenverschiebung veränderte auch die Art und Weise, wie sich Infrarotlicht durch das Material bewegt, was die Brechkraft beeinflusst, jedoch die Transparenz nur minimal beeinflusst.
Das Team fragte sich, ob es möglich war, Anpassungen vorzunehmenSchaltkapazität GSST zum Richten und Fokussieren von Licht auf bestimmte Punkte, abhängig von seiner Phase. In diesem Fall kann das Material als aktive Linse dienen, ohne dass mechanische Teile ihren Fokus verschieben müssen.
„Im Allgemeinen, wenn sie optisch machenBei einem Gerät ist es sehr schwierig, seine Eigenschaften nach der Produktion anzupassen. Deshalb ist eine solche Plattform der heilige Gral für Optikingenieure, die es Metalllinsen ermöglicht, den Fokus über einen weiten Bereich effektiv zu wechseln.“
Tian Gu ist Forschungswissenschaftler am Materials Research Laboratory des Massachusetts Institute of Technology.
Bei gewöhnlichen Linsen ist das Glas genau gebogen, so dassDer einfallende Lichtstrahl wird unter verschiedenen Winkeln von der Linse gebrochen und konvergiert an einem Punkt in einer bestimmten Entfernung, der als Brennweite der Linse bekannt ist. Die Linsen können dann ein klares Bild von jedem Objekt in einer bestimmten Entfernung erstellen. Um Objekte mit unterschiedlichen Tiefen anzuzeigen, muss das Objektiv physisch bewegt werden.
Anstatt sich auf eine feste zu verlassenAufgrund der Krümmung des Materials für direktes Licht versuchten die Forscher, die GSST-basierten Metalle so zu verändern, dass sich die Brennweite in Abhängigkeit von der Phase des Materials ändert. In ihrer neuen Studie stellten sie eine 1 Mikrometer dicke GSST-Schicht her und erzeugten eine Metaoberfläche, indem sie die GSST-Schicht auf mikroskopische Strukturen verschiedener Formen ätzten, die Licht auf unterschiedliche Weise brechen.
Sie testeten die neuen Metalle, indem sie sie platziertenauf die Bühne und mit einem Laserstrahl beleuchtet, der auf den infraroten Lichtbereich abgestimmt ist. In bestimmten Abständen vor der Linse platzierten sie transparente Objekte, die aus doppelseitigen horizontalen und vertikalen Streifenmustern bestehen, die als Auflösungsdiagramme bekannt sind und üblicherweise zum Testen optischer Systeme verwendet werden.
Die Linse im amorphen Anfangszustand ergab eine scharfeBild des ersten Musters. Die Gruppe erwärmt dann die Linse, um das Material in eine kristalline Phase umzuwandeln. Nach dem Übergang und mit der Fernheizquelle erzeugte die Linse ein ebenso scharfes Bild, diesmal eines zweiten, weiter entfernten Streifensatzes.
Experimente zeigen, dass Metalle könnenÄndern Sie den Fokus aktiv ohne mechanische Bewegung. Die Forscher sagen, dass die Metalllinse möglicherweise mit eingebauten Mikroheizungen hergestellt werden könnte, um das Material schnell in kurzen Millisekundenimpulsen zu erwärmen. Durch Ändern der Heizbedingungen können sie sich auch auf die Zwischenzustände anderer Materialien einstellen und so eine kontinuierliche Fokuseinstellung ermöglichen.
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