Polert glass har vært i hjertet av bildebehandlingssystemer i århundrer.Deres presise krumning
Endre fokus for å se tydelig i alle disseskala, krever vanligvis fysisk bevegelse av linsen ved å vippe, skyve eller på annen måte bevege seg, vanligvis ved å bruke de mekaniske delene som utgjør de fleste mikroskoper og teleskoper.
Forskere graverte overflaten av materialetsmå, nøyaktig mønstrede strukturer som fungerer sammen som en metaoverflate, bryter eller reflekterer lys på en unik måte. Når materialegenskapene endres, endres den optiske funksjonen til metaoverflaten tilsvarende. I dette tilfellet, når materialet har romtemperatur, fokuserer metaoverflaten lyset for å skape et klart bilde av objektet på en viss avstand. Når materialet blir oppvarmet, endres dets atomstruktur, og som svar omdirigerer metaoverflaten lyset for å fokusere på et fjernere objekt.
Dermed kan de nye aktive metallenejuster fokus uten behov for store mekaniske elementer. Den nye designen, som for øyeblikket muliggjør infrarød bildebehandling, kan gi rom for mer fleksible optiske enheter som miniatyrvarmekameraer for droner, ultrakompakte termiske kameraer for mobiltelefoner og nattprofil med lavt syn.
"Resultatet vårt viser at vår ultratynne, justerbare linse uten bevegelige deler kangi aberrasjonsfri avbildning av overlappende objekter som befinner seg på forskjellige dybder, og konkurrerer med tradisjonelle klumpete optiske systemer."
Tian Gu er forsker ved Materials Research Laboratory ved Massachusetts Institute of Technology.
Den nye linsen er laget av et materiale med variabelfase, som teamet produserte ved å tilpasse materialet som ofte brukes i omskrivbare CDer og DVDer. Kalt GST, den er sammensatt av germanium, antimon og tellur, og dens indre struktur endres når den varmes opp av laserpulser. Dette gjør at materialet kan bytte mellom gjennomsiktige og ugjennomsiktige tilstander - en mekanisme som lar deg skrive, slette og overskrive data som er lagret på CDer.
Tidligere i år rapporterte forskeretilsetningen av et annet element, selen, til GST for å skape et nytt faseskiftende materiale kalt GSST. Da de oppvarmet det nye materialet, flyttet dets atomstruktur seg fra en amorf, uordnet flok av atomer til en mer ordnet krystallinsk struktur. Denne faseforskyvningen endret også måten infrarødt lys beveger seg gjennom materialet på, og påvirket brytningseffekt, men med minimal innvirkning på gjennomsiktigheten.
Teamet lurte på om det var mulig å tilpassebytte kapasitet GSST for å lede og fokusere lys på bestemte punkter, avhengig av hvilken fase det er. I dette tilfellet kan materialet tjene som en aktiv linse uten behov for mekaniske deler for å skifte fokus.
"Generelt, når en optisk enhet er laget, er det svært vanskelig å justere egenskapene etter produksjon.Derfor er det å ha en slik plattform den hellige gral for optiske ingeniører, som lar degMetaller er effektive til å skifte fokus over et stort område."
Tian Gu er forsker ved Materials Research Laboratory ved Massachusetts Institute of Technology.
I vanlige linser er glasset nøyaktig buet, slik atden innfallende lysstrålen brytes fra linsen i forskjellige vinkler, og konvergerer på et punkt på en viss avstand, kjent som linsens brennvidde. Linsene kan da skape et klart bilde av ethvert objekt på en bestemt avstand. For å vise objekter med forskjellige dybder, må linsen flyttes fysisk.
I stedet for å stole på en fastkrumningen av materialet for direkte lys, forsøkte forskerne å endre de GSST-baserte metallene slik at brennvidden endres avhengig av materialets fase. I sin nye studie fabrikerte de et 1 mikron tykt GSST-lag og opprettet en metaoverflate ved å etse GSST-laget på mikroskopiske strukturer i forskjellige former som bryter lys på forskjellige måter.
De testet de nye metallene ved å plassere denpå scenen og belyst med en laserstråle innstilt på det infrarøde lysområdet. På visse avstander foran linsen plasserte de gjennomsiktige gjenstander bestående av dobbeltsidige horisontale og vertikale stripemønstre kjent som oppløsningsdiagrammer, som ofte brukes til å teste optiske systemer.
Linsen i opprinnelig amorf tilstand ga en skarpbilde av det første mønsteret. Gruppen varmer deretter opp linsen for å transformere materialet til en krystallinsk fase. Etter overgangen og med den eksterne varmekilden, produserte linsen et like skarpt bilde, denne gangen med et andre, fjernere sett med striper.
Eksperimenter viser at metallene kanaktivt endre fokus uten mekanisk bevegelse. Forskerne sier metallobjektivet potensielt kan være laget med innebygde mikroovner for raskt å varme opp materialet i korte millisekunder. Ved å endre oppvarmingsforholdene, kan de også innstille seg på mellomtilstandene til andre materialer, noe som gir kontinuerlig fokusjustering.
Les også:
Det første nøyaktige kartet over verden ble opprettet. Hva er galt med alle andre?
Se på Hubble-bilder av planetariske tåker.
Fysikere har laget en analog av et svart hull og bekreftet Hawkings teori. Hvor det fører?