Το γυαλισμένο γυαλί βρίσκεται στο επίκεντρο των συστημάτων απεικόνισης για αιώνες. Η ακριβής καμπυλότητά τους
Αλλάξτε την εστίαση για να δείτε καθαρά σε όλα αυτάκλίμακα, συνήθως απαιτεί φυσική κίνηση του φακού με κλίση, ολίσθηση ή με άλλο τρόπο μετακίνηση, συνήθως χρησιμοποιώντας τα μηχανικά μέρη που απαρτίζουν τα περισσότερα μικροσκόπια και τηλεσκόπια.
Οι ερευνητές χάραξαν την επιφάνεια του υλικούμικροσκοπικές, με ακρίβεια διαμορφωμένες δομές που λειτουργούν μαζί ως επιφάνεια επιφάνειας, διαθλαστικά ή αντανακλώντας το φως με μοναδικό τρόπο. Όταν αλλάζουν οι ιδιότητες του υλικού, η οπτική λειτουργία της επιφάνειας των μεταβολών αλλάζει ανάλογα. Σε αυτήν την περίπτωση, όταν το υλικό βρίσκεται σε θερμοκρασία δωματίου, η επιφάνεια επιφάνειας εστιάζει το φως για να δημιουργήσει μια καθαρή εικόνα του αντικειμένου σε μια συγκεκριμένη απόσταση. Όταν το υλικό θερμαίνεται, η ατομική του δομή αλλάζει και σε απόκριση, η επιφάνεια επιφάνειας ανακατευθύνει το φως για να εστιάσει σε ένα πιο απομακρυσμένο αντικείμενο.
Έτσι, τα νέα ενεργά metalens μπορούνπροσαρμόστε την εστίαση χωρίς την ανάγκη για ογκώδη μηχανικά στοιχεία. Η νέα σχεδίαση, η οποία σήμερα επιτρέπει την υπέρυθρη απεικόνιση, θα μπορούσε να επιτρέψει πιο ευέλικτες οπτικές συσκευές, όπως μικροσκοπικές κάμερες θερμικής απεικόνισης για drone, εξαιρετικά συμπαγείς θερμικές κάμερες για κινητά τηλέφωνα και γυαλιά χαμηλού προφίλ νυχτερινής όρασης.
«Το αποτέλεσμά μας δείχνει ότι μαςΈνας εξαιρετικά λεπτός, ρυθμιζόμενος φακός χωρίς κινούμενα μέρη μπορεί να παρέχει εικόνες χωρίς εκτροπές επικαλυπτόμενων αντικειμένων που βρίσκονται σε διαφορετικά βάθη, συναγωνιζόμενοι τα παραδοσιακά ογκώδη οπτικά συστήματα."
Ο Tian Gu είναι ερευνητής στο Εργαστήριο Έρευνας Υλικών του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης.
Ο νέος φακός είναι κατασκευασμένος από υλικό με μεταβλητήφάση, την οποία η ομάδα παρήγαγε τροποποιώντας το υλικό που χρησιμοποιείται συνήθως σε επανεγγράψιμα CD και DVD. Ονομάζεται GST, αποτελείται από γερμάνιο, αντιμόνιο και τελλούριο και η εσωτερική δομή του αλλάζει όταν θερμαίνεται από παλμούς λέιζερ. Αυτό επιτρέπει στο υλικό να εναλλάσσεται μεταξύ διαφανών και αδιαφανών καταστάσεων - ένας μηχανισμός που σας επιτρέπει να γράφετε, να διαγράφετε και να αντικαθιστάτε δεδομένα που είναι αποθηκευμένα σε CD.
Νωρίτερα φέτος, ανέφεραν ερευνητέςτην προσθήκη ενός άλλου στοιχείου, σεληνίου, στο GST για τη δημιουργία ενός νέου υλικού αλλαγής φάσης που ονομάζεται GSST. Καθώς θερμαίνουν το νέο υλικό, η ατομική του δομή μετατοπίστηκε από μια άμορφη, διαταραγμένη σύγχυση ατόμων σε μια πιο διατεταγμένη κρυσταλλική δομή. Αυτή η αλλαγή φάσης άλλαξε επίσης τον τρόπο με τον οποίο το υπέρυθρο φως κινείται μέσω του υλικού, επηρεάζοντας τη διαθλαστική ισχύ, αλλά με ελάχιστο αντίκτυπο στη διαφάνεια.
Η ομάδα αναρωτήθηκε αν ήταν δυνατόν να προσαρμοστείμεταγωγική ικανότητα GSST για κατεύθυνση και εστίαση του φωτός σε συγκεκριμένα σημεία, ανάλογα με τη φάση του. Σε αυτήν την περίπτωση, το υλικό μπορεί να χρησιμεύσει ως ενεργός φακός χωρίς την ανάγκη μηχανικών εξαρτημάτων να αλλάξουν την εστίασή του.
«Γενικά, όταν κάνουν οπτικάσυσκευή, είναι πολύ δύσκολο να προσαρμόσετε τα χαρακτηριστικά της μετά την παραγωγή. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η ύπαρξη μιας πλατφόρμας όπως αυτή είναι το ιερό δισκοπότηρο για τους οπτικούς μηχανικούς, επιτρέποντας στους μεταλλικούς φακούς να αλλάζουν αποτελεσματικά την εστίαση σε ένα ευρύ φάσμα».
Ο Tian Gu είναι ερευνητής στο Εργαστήριο Έρευνας Υλικών του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης.
Στους συνηθισμένους φακούς, το γυαλί είναι ακριβώς καμπυλωμένο, έτσιη προσπίπτουσα δέσμη φωτός διαθλάται από το φακό σε διαφορετικές γωνίες, συγκλίνουσα σε ένα σημείο σε μια ορισμένη απόσταση, γνωστή ως το εστιακό μήκος του φακού. Οι φακοί μπορούν στη συνέχεια να δημιουργήσουν μια καθαρή εικόνα οποιουδήποτε αντικειμένου σε μια συγκεκριμένη απόσταση. Για να εμφανίσετε αντικείμενα με διαφορετικά βάθη, ο φακός πρέπει να κινείται φυσικά.
Αντί να βασίζεσαι σε ένα σταθερότην καμπυλότητα του υλικού για άμεσο φως, οι ερευνητές προσπάθησαν να αλλάξουν το metalens με βάση το GSST έτσι ώστε το εστιακό μήκος να αλλάζει ανάλογα με τη φάση του υλικού. Στη νέα τους μελέτη, δημιούργησαν ένα στρώμα GSST πάχους 1 μικρού και δημιούργησαν μια επιφάνεια επιφάνειας με χαραγή του στρώματος GSST σε μικροσκοπικές δομές διαφόρων σχημάτων που διαθλά το φως με διαφορετικούς τρόπους.
Δοκίμασαν τα νέα metalens τοποθετώντας τοστη σκηνή και φωτίζεται με δέσμη λέιζερ συντονισμένη στο υπέρυθρο φάσμα φωτός. Σε ορισμένες αποστάσεις μπροστά από το φακό, τοποθέτησαν διαφανή αντικείμενα αποτελούμενα από μοτίβα οριζόντιων και κατακόρυφων λωρίδων διπλής όψης γνωστά ως διαγράμματα ανάλυσης, τα οποία χρησιμοποιούνται συνήθως για τη δοκιμή οπτικών συστημάτων.
Ο φακός στην αρχική άμορφη κατάσταση έδωσε μια αιχμηρήεικόνα του πρώτου μοτίβου. Η ομάδα στη συνέχεια θερμαίνει το φακό για να μετατρέψει το υλικό σε μια κρυσταλλική φάση. Μετά τη μετάβαση και με την πηγή απομακρυσμένης θέρμανσης, ο φακός παρήγαγε μια εξίσου ευκρινή εικόνα, αυτή τη φορά ενός δευτερολέπτου, πιο απομακρυσμένου συνόλου λωρίδων.
Τα πειράματα δείχνουν ότι τα metalens μπορούναλλάξτε ενεργά την εστίαση χωρίς καμία μηχανική κίνηση. Οι ερευνητές λένε ότι ο μεταλλικός φακός θα μπορούσε ενδεχομένως να κατασκευαστεί με ενσωματωμένους μικροθερμαντήρες για γρήγορη θέρμανση του υλικού σε σύντομους παλμούς χιλιοστών του δευτερολέπτου. Αλλάζοντας τις συνθήκες θέρμανσης, μπορούν επίσης να συντονιστούν στις ενδιάμεσες καταστάσεις άλλων υλικών, παρέχοντας συνεχή ρύθμιση εστίασης.
Διαβάστε επίσης:
Δημιουργήθηκε ο πρώτος ακριβής χάρτης του κόσμου. Τι συμβαίνει με όλους τους άλλους;
Κοιτάξτε φωτογραφίες του Χαμπλ πλανητικών νεφελωμάτων.
Οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει ένα ανάλογο μιας μαύρης τρύπας και επιβεβαίωσαν τη θεωρία του Hawking. Πού οδηγεί;