Il vetro levigato è da secoli al centro dei sistemi di imaging. La loro esatta curvatura
Cambia focus per vedere chiaramente in tutti questiscala, di solito richiede il movimento fisico dell'obiettivo inclinandolo, facendolo scorrere o spostandolo in altro modo, solitamente utilizzando le parti meccaniche che compongono la maggior parte dei microscopi e dei telescopi.
I ricercatori hanno inciso la superficie del materialeminuscole strutture modellate con precisione che lavorano insieme come una metasuperficie, rifrangente o riflettendo la luce in un modo unico. Quando le proprietà del materiale cambiano, la funzione ottica della metasuperficie cambia di conseguenza. In questo caso, quando il materiale è a temperatura ambiente, la metasuperficie focalizza la luce per creare un'immagine nitida dell'oggetto a una certa distanza. Quando il materiale viene riscaldato, la sua struttura atomica cambia e, in risposta, la metasuperficie reindirizza la luce per concentrarsi su un oggetto più distante.
Quindi, i nuovi metalli attivi possonoregolare la messa a fuoco senza la necessità di ingombranti elementi meccanici. Il nuovo design, che attualmente consente l'imaging a infrarossi, potrebbe consentire dispositivi ottici più flessibili come termocamere miniaturizzate per droni, termocamere ultracompatte per telefoni cellulari e occhiali per la visione notturna a basso profilo.
“Il nostro risultato dimostra che il nostroUna lente ultrasottile e regolabile senza parti mobili può fornire immagini prive di aberrazioni di oggetti sovrapposti situati a diverse profondità, rivaleggiando con i tradizionali sistemi ottici ingombranti."
Tian Gu è uno scienziato ricercatore presso il Laboratorio di ricerca sui materiali del Massachusetts Institute of Technology.
La nuova lente è realizzata con un materiale con variabilefase, che il team ha prodotto modificando il materiale comunemente utilizzato nei CD e DVD riscrivibili. Chiamato GST, è composto da germanio, antimonio e tellurio e la sua struttura interna cambia quando riscaldata da impulsi laser. Ciò consente al materiale di passare dallo stato trasparente a quello opaco, un meccanismo che consente di scrivere, cancellare e sovrascrivere i dati archiviati sui CD.
All'inizio di quest'anno, hanno riferito i ricercatoril'aggiunta di un altro elemento, il selenio, al GST per creare un nuovo materiale a cambiamento di fase chiamato GSST. Mentre riscaldavano il nuovo materiale, la sua struttura atomica si è spostata da un groviglio di atomi amorfo e disordinato a una struttura cristallina più ordinata. Questo sfasamento ha anche cambiato il modo in cui la luce infrarossa viaggia attraverso il materiale, influenzando il potere di rifrazione ma con un impatto minimo sulla trasparenza.
Il team si è chiesto se fosse possibile personalizzarecapacità di commutazione GSST per dirigere e focalizzare la luce in punti specifici, a seconda della sua fase. In questo caso, il materiale può fungere da lente attiva senza la necessità di parti meccaniche per spostare la sua messa a fuoco.
“In generale, quando fanno l'otticadispositivo, è molto difficile regolarne le caratteristiche dopo la produzione. Ecco perché avere una piattaforma come questa è il Santo Graal per gli ingegneri ottici, poiché consente alle lenti metalliche di cambiare efficacemente la messa a fuoco su un’ampia gamma”.
Tian Gu è uno scienziato ricercatore presso il Laboratorio di ricerca sui materiali del Massachusetts Institute of Technology.
Nelle lenti normali, il vetro è curvo con precisione, quindiil fascio di luce incidente viene rifratto dalla lente ad angoli differenti, convergendo in un punto ad una certa distanza, nota come lunghezza focale della lente. Le lenti possono quindi creare un'immagine chiara di qualsiasi oggetto a una distanza specifica. Per visualizzare oggetti con profondità diverse, l'obiettivo deve essere spostato fisicamente.
Invece di fare affidamento su un fissola curvatura del materiale per la luce diretta, i ricercatori hanno cercato di cambiare i metalens basati su GSST in modo che la lunghezza focale cambi a seconda della fase del materiale. Nel loro nuovo studio, hanno fabbricato uno strato GSST spesso 1 micron e creato una metasuperficie incidendo lo strato GSST su strutture microscopiche di varie forme che rifrangono la luce in modi diversi.
Hanno testato il nuovo metalens posizionandolosul palco e illuminato con un raggio laser sintonizzato sulla gamma di luce infrarossa. A determinate distanze davanti all'obiettivo, hanno posizionato oggetti trasparenti costituiti da motivi a strisce orizzontali e verticali su due lati noti come diagrammi di risoluzione, che sono comunemente usati per testare i sistemi ottici.
L'obiettivo nello stato amorfo iniziale ha dato una nitidezzaimmagine del primo motivo. Il gruppo quindi riscalda la lente per trasformare il materiale in una fase cristallina. Dopo la transizione e con la fonte di riscaldamento remota, l'obiettivo ha prodotto un'immagine altrettanto nitida, questa volta di una seconda serie di strisce più distanti.
Gli esperimenti dimostrano che i metalli possonocambiare attivamente la messa a fuoco senza alcun movimento meccanico. I ricercatori affermano che la lente metallica potrebbe potenzialmente essere realizzata con micro-riscaldatori integrati per riscaldare rapidamente il materiale in brevi impulsi di millisecondi. Modificando le condizioni di riscaldamento, possono anche sintonizzarsi sugli stati intermedi di altri materiali, fornendo una regolazione continua della messa a fuoco.
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