研磨ガラスは何世紀にもわたってイメージング システムの中心となってきました。正確な曲率
これらすべてをはっきりと見るためにフォーカスを変更しますスケールは、通常、ほとんどの顕微鏡や望遠鏡を構成する機械部品を使用して、傾けたり、スライドさせたり、その他の方法で移動したりして、レンズを物理的に動かす必要があります。
研究者は材料の表面を刻みましたメタサーフェスとして連携し、独自の方法で光を屈折または反射する、小さく正確にパターン化された構造。材料特性が変化すると、それに応じてメタサーフェスの光学機能も変化します。この場合、材料が室温にあるとき、メタサーフェスは光の焦点を合わせて、特定の距離にあるオブジェクトの鮮明な画像を作成します。材料が加熱されると、その原子構造が変化し、それに応じて、メタサーフェスは光をリダイレクトして、より離れたオブジェクトに焦点を合わせます。
したがって、新しいアクティブメタレンズはかさばる機械要素を必要とせずにフォーカスを調整します。現在赤外線イメージングを可能にしている新しい設計により、ドローン用の小型赤外線カメラ、携帯電話用の超小型赤外線カメラ、薄型暗視ゴーグルなど、より柔軟な光学デバイスが可能になります。
「我々の結果は、我々の可動部品のない超薄型の調整可能なレンズは、従来の大型の光学システムに匹敵する、異なる深さに位置する重なり合う物体の収差のない画像を提供できます。」
Tian Gu は、マサチューセッツ工科大学材料研究所の研究員です。
新しいレンズは可変の素材で作られていますチームが書き換え可能なCDおよびDVDで一般的に使用される素材を微調整することによって作成したフェーズ。 GSTと呼ばれ、ゲルマニウム、アンチモン、テルルで構成されており、レーザーパルスで加熱すると内部構造が変化します。これにより、マテリアルを透明状態と不透明状態の間で切り替えることができます。これは、CDに保存されているデータの書き込み、消去、および上書きを可能にするメカニズムです。
今年の初めに、研究者は報告しました別の元素であるセレンをGSTに追加して、GSSTと呼ばれる新しい相変化材料を作成します。彼らが新しい材料を加熱すると、その原子構造は、無定形の無秩序な原子のもつれから、より秩序だった結晶構造にシフトしました。この位相シフトにより、赤外光が材料を通過する方法も変化し、屈折力に影響を与えますが、透明度への影響は最小限に抑えられます。
チームはカスタマイズが可能かどうか疑問に思いました位相に応じて、特定のポイントに光を向けて集束させるためのスイッチング容量GSST。この場合、材料は、焦点をシフトするための機械部品を必要とせずに、アクティブレンズとして機能することができます。
「一般的に、光学製品を作るときは、デバイスは、製造後にその特性を調整することが非常に困難です。だからこそ、金属レンズが広範囲にわたって効果的に焦点を切り替えることを可能にする、このようなプラットフォームを持つことは光学エンジニアにとって聖杯なのです。」
Tian Gu は、マサチューセッツ工科大学材料研究所の研究員です。
通常のレンズでは、ガラスは正確に湾曲しているため、入射光ビームはレンズからさまざまな角度で屈折し、レンズの焦点距離と呼ばれる特定の距離の点で収束します。レンズは、特定の距離にある任意のオブジェクトの鮮明な画像を作成できます。奥行きの異なるオブジェクトを表示するには、レンズを物理的に動かす必要があります。
固定に依存する代わりに直接光用の材料の曲率、研究者は、焦点距離が材料の位相に応じて変化するように、GSSTベースのメタレンを変更しようとしました。彼らの新しい研究では、1ミクロンの厚さのGSST層を作製し、さまざまな方法で光を屈折させるさまざまな形状の微細構造にGSST層をエッチングすることによってメタ表面を作成しました。
彼らはそれを置くことによって新しいメタレンをテストしましたステージ上に置かれ、赤外線範囲の光に調整されたレーザービームで照らされます。レンズの前の特定の距離に、光学システムのテストに一般的に使用される解像度図と呼ばれる両面の水平および垂直のストライプパターンで構成される透明なオブジェクトを配置しました。
初期のアモルファス状態のレンズはシャープになりました最初のパターンの画像。次に、グループはレンズを加熱して、材料を結晶相に変換します。移行後、リモート加熱源を使用すると、レンズは同じように鮮明な画像を生成しました。今回は、2番目のより離れたストライプのセットです。
実験は、メタレンができることを示しています機械的な動きなしに積極的にフォーカスを変更します。研究者たちは、金属レンズは、短いミリ秒のパルスで材料を素早く加熱するために、内蔵のマイクロヒーターで作られる可能性があると述べています。加熱条件を変更することで、他の素材の中間状態に合わせることができ、継続的なフォーカス調整が可能になります。
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