Le verre poli est au centre des systèmes d’imagerie depuis des siècles. Leur courbure exacte
Changer d'orientation pour voir clairement dans tous ces élémentséchelle, nécessite généralement un mouvement physique de la lentille en l'inclinant, en le glissant ou en le déplaçant, généralement à l'aide de pièces mécaniques qui composent la plupart des microscopes et des télescopes.
Les chercheurs ont gravé la surface du matériaude minuscules structures à motifs précis qui fonctionnent ensemble comme une métasurface, réfractant ou réfléchissant la lumière d'une manière unique. Lorsque les propriétés du matériau changent, la fonction optique de la métasurface change en conséquence. Dans ce cas, lorsque le matériau est à température ambiante, la métasurface focalise la lumière pour créer une image claire de l'objet à une certaine distance. Au fur et à mesure que le matériau est chauffé, sa structure atomique change et, en réponse, la métasurface redirige la lumière pour se concentrer sur un objet plus éloigné.
Ainsi, les nouveaux metalens actifs peuventajustez la mise au point sans avoir besoin d'éléments mécaniques volumineux. La nouvelle conception, qui permet actuellement l'imagerie infrarouge, pourrait permettre des dispositifs optiques plus flexibles tels que des caméras thermiques miniatures pour drones, des caméras thermiques ultra-compactes pour téléphones mobiles et des lunettes de vision nocturne à profil bas.
« Notre résultat montre que notreUn objectif ultra fin et réglable, sans pièces mobiles, peut fournir des images sans aberration d'objets superposés situés à différentes profondeurs, rivalisant avec les systèmes optiques traditionnels encombrants. »
Tian Gu est chercheur scientifique au laboratoire de recherche sur les matériaux du Massachusetts Institute of Technology.
La nouvelle lentille est fabriquée à partir d'un matériau àphase, que l'équipe a produit en modifiant le matériel couramment utilisé dans les CD et DVD réinscriptibles. Appelé GST, il est composé de germanium, d'antimoine et de tellure, et sa structure interne change lorsqu'elle est chauffée par des impulsions laser. Cela permet au matériau de basculer entre les états transparent et opaque - un mécanisme qui vous permet d'écrire, d'effacer et d'écraser les données stockées sur des CD.
Plus tôt cette année, les chercheurs ont rapportél'ajout d'un autre élément, le sélénium, à la GST pour créer un nouveau matériau à changement de phase appelé GSST. En chauffant le nouveau matériau, sa structure atomique est passée d'un enchevêtrement désordonné et amorphe d'atomes à une structure cristalline plus ordonnée. Ce déphasage a également changé la façon dont la lumière infrarouge se déplace à travers le matériau, affectant la puissance réfractive, mais avec un impact minimal sur la transparence.
L'équipe s'est demandé s'il était possible de personnalisercapacité de commutation GSST pour diriger et focaliser la lumière sur des points spécifiques, en fonction de sa phase. Dans ce cas, le matériau peut servir de lentille active sans avoir besoin de pièces mécaniques pour déplacer sa focalisation.
« En général, quand ils fabriquent des optiquesappareil, il est très difficile d’ajuster ses caractéristiques après la production. C’est pourquoi disposer d’une plate-forme comme celle-ci est le Saint Graal pour les ingénieurs optiques, permettant aux lentilles métalliques de changer efficacement de mise au point sur une large plage.
Tian Gu est chercheur scientifique au laboratoire de recherche sur les matériaux du Massachusetts Institute of Technology.
Dans les lentilles ordinaires, le verre est courbé avec précision, de sorte quele faisceau lumineux incident est réfracté de la lentille à différents angles, convergeant en un point à une certaine distance, connue sous le nom de distance focale de la lentille. Les lentilles peuvent alors créer une image claire de n'importe quel objet à une distance spécifique. Pour afficher des objets avec différentes profondeurs, l'objectif doit être physiquement déplacé.
Au lieu de compter sur unla courbure du matériau pour la lumière directe, les chercheurs ont essayé de changer les metalens à base de GSST afin que la distance focale change en fonction de la phase du matériau. Dans leur nouvelle étude, ils ont fabriqué une couche de GSST de 1 micron d'épaisseur et créé une métasurface en gravant la couche de GSST sur des structures microscopiques de différentes formes qui réfractent la lumière de différentes manières.
Ils ont testé la nouvelle lentille métallique en la plaçantsur la scène et éclairé par un faisceau laser réglé sur la gamme infrarouge de la lumière. À certaines distances devant l'objectif, ils ont placé des objets transparents constitués de motifs de bandes horizontales et verticales à double face appelés diagrammes de résolution, qui sont couramment utilisés pour tester les systèmes optiques.
La lentille à l'état amorphe initial a donné unimage du premier motif. Le groupe chauffe ensuite la lentille pour transformer le matériau en phase cristalline. Après la transition et avec la source de chauffage à distance, l'objectif a produit une image tout aussi nette, cette fois d'un deuxième ensemble de rayures plus éloigné.
Des expériences montrent que les metalens peuventchanger activement de mise au point sans aucun mouvement mécanique. Les chercheurs affirment que la lentille métallique pourrait potentiellement être fabriquée avec des micro-radiateurs intégrés pour chauffer rapidement le matériau en courtes impulsions millisecondes. En modifiant les conditions de chauffage, ils peuvent également s'accorder sur les états intermédiaires d'autres matériaux, offrant ainsi un réglage de mise au point continu.
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