Gepolijst glas vormt al eeuwenlang het middelpunt van beeldvormingssystemen. Hun exacte kromming
Verander de focus om in al deze zaken duidelijk te zienschaal vereist meestal fysieke beweging van de lens door te kantelen, schuiven of anderszins te bewegen, meestal met behulp van mechanische onderdelen waaruit de meeste microscopen en telescopen bestaan.
Onderzoekers hebben het oppervlak van het materiaal gegraveerdkleine, precies gevormde structuren die samenwerken als een meta-oppervlak en op een unieke manier licht breken of reflecteren. Wanneer materiaaleigenschappen veranderen, verandert de optische functie van het metasurface dienovereenkomstig. In dit geval, wanneer het materiaal op kamertemperatuur is, focust het metasurface het licht om een duidelijk beeld van het object op een bepaalde afstand te creëren. Terwijl het materiaal wordt verwarmd, verandert de atomaire structuur ervan, en als reactie daarop stuurt het metasurface licht om om te focussen op een verder weg gelegen object.
Dus de nieuwe actieve metalens kunnenpas de focus aan zonder de noodzaak van omvangrijke mechanische elementen. Het nieuwe ontwerp, dat momenteel infraroodbeelden mogelijk maakt, zou meer flexibele optische apparaten mogelijk kunnen maken, zoals miniatuur warmtebeeldcamera's voor drones, ultracompacte thermische camera's voor mobiele telefoons en onopvallende nachtkijkers.
“Ons resultaat laat zien dat onzeEen ultradunne, afstembare lens zonder bewegende delen kan aberratievrije beelden opleveren van overlappende objecten op verschillende diepten, wat kan wedijveren met traditionele, omvangrijke optische systemen."
Tian Gu is onderzoeker aan het Materials Research Laboratory van het Massachusetts Institute of Technology.
De nieuwe lens is gemaakt van een materiaal met variabelefase, die het team produceerde door het materiaal aan te passen dat vaak wordt gebruikt in herschrijfbare cd's en dvd's. Het wordt GST genoemd en is samengesteld uit germanium, antimoon en telluur, en de interne structuur verandert bij verhitting door laserpulsen. Hierdoor kan het materiaal schakelen tussen transparante en ondoorzichtige toestanden - een mechanisme waarmee u gegevens op cd's kunt schrijven, wissen en overschrijven.
Eerder dit jaar meldden onderzoekersde toevoeging van een ander element, selenium, aan de GST om een nieuw fase-veranderend materiaal genaamd GSST te creëren. Terwijl ze het nieuwe materiaal verhitten, verschoof de atomaire structuur van een amorfe, ongeordende kluwen van atomen naar een meer geordende kristallijne structuur. Deze faseverschuiving veranderde ook de manier waarop infrarood licht door het materiaal reist, wat het brekingsvermogen beïnvloedt, maar met een minimale impact op de transparantie.
Het team vroeg zich af of het mogelijk was om aan te passenschakelvermogen GSST voor het richten en focusseren van licht op specifieke punten, afhankelijk van de fase. In dit geval kan het materiaal dienen als een actieve lens zonder dat mechanische onderdelen nodig zijn om de focus te verschuiven.
“Over het algemeen als ze optisch makenapparaat, is het erg moeilijk om de kenmerken ervan na productie aan te passen. Daarom is het hebben van een platform als dit de heilige graal voor optische ingenieurs, waardoor metalen lenzen effectief de focus over een breed bereik kunnen veranderen.”
Tian Gu is onderzoeker aan het Materials Research Laboratory van het Massachusetts Institute of Technology.
Bij gewone lenzen is het glas precies gebogen, zodatde invallende lichtstraal wordt onder verschillende hoeken van de lens afgebogen en convergeert op een punt op een bepaalde afstand, bekend als de brandpuntsafstand van de lens. De lenzen kunnen dan een duidelijk beeld creëren van elk object op een bepaalde afstand. Om objecten met verschillende dieptes weer te geven, moet de lens fysiek worden verplaatst.
In plaats van te vertrouwen op een vastde kromming van het materiaal voor direct licht, probeerden de onderzoekers de op GSST gebaseerde metalens zo te veranderen dat de brandpuntsafstand verandert afhankelijk van de fase van het materiaal. In hun nieuwe studie vervaardigden ze een 1 micron dikke GSST-laag en creëerden ze een metasurface door de GSST-laag te etsen op microscopisch kleine structuren van verschillende vormen die licht op verschillende manieren breken.
Ze hebben de nieuwe metalen lens getest door deze te plaatsenop het podium en verlicht met een laserstraal die is afgestemd op het infrarode lichtbereik. Op bepaalde afstanden voor de lens plaatsten ze transparante objecten bestaande uit dubbelzijdige horizontale en verticale streeppatronen die bekend staan als resolutiediagrammen, die vaak worden gebruikt om optische systemen te testen.
De lens in de aanvankelijke amorfe toestand gaf een scherpafbeelding van het eerste patroon. De groep verwarmt vervolgens de lens om het materiaal in een kristallijne fase te veranderen. Na de overgang en met de externe warmtebron produceerde de lens een even scherp beeld, dit keer van een tweede, verder weg gelegen reeks strepen.
Experimenten tonen aan dat metalens dat kunnenactief van focus veranderen zonder enige mechanische beweging. De onderzoekers zeggen dat de metalen lens mogelijk gemaakt kan worden met ingebouwde microverwarmers om het materiaal snel te verwarmen in korte milliseconde pulsen. Door de verwarmingsomstandigheden te veranderen, kunnen ze ook afstemmen op de tussenliggende toestanden van andere materialen, waardoor ze continu scherpstellen.
Lees ook:
De eerste nauwkeurige kaart van de wereld is gemaakt. Wat is er mis met de rest?
Kijk naar Hubble-foto's van planetaire nevels.
Natuurkundigen hebben een analoog van een zwart gat gemaakt en de theorie van Hawking bevestigd. Waar leidt het toe?