Polerowane szkło od wieków znajduje się w centrum systemów obrazowania. Ich dokładna krzywizna
Zmień punkt skupienia, aby widzieć wszystko wyraźnieskala, zwykle wymaga fizycznego ruchu soczewki poprzez przechylanie, przesuwanie lub inne przemieszczanie, zwykle przy użyciu części mechanicznych, z których składa się większość mikroskopów i teleskopów.
Badacze wygrawerowali powierzchnię materiałumałe, precyzyjnie wzorzyste struktury, które działają razem jako metopowierzchnia, załamując lub odbijając światło w wyjątkowy sposób. Gdy zmieniają się właściwości materiału, odpowiednio zmienia się funkcja optyczna metapowierzchni. W tym przypadku, gdy materiał ma temperaturę pokojową, metapowierzchnia skupia światło, aby stworzyć wyraźny obraz obiektu w określonej odległości. Gdy materiał jest podgrzewany, zmienia się jego struktura atomowa, aw odpowiedzi metapowierzchnia kieruje światło, aby skupić się na bardziej odległym obiekcie.
W ten sposób nowe aktywne metaleny mogąwyreguluj ostrość bez konieczności stosowania dużych elementów mechanicznych. Nowy projekt, który obecnie umożliwia obrazowanie w podczerwieni, mógłby pozwolić na bardziej elastyczne urządzenia optyczne, takie jak miniaturowe kamery termowizyjne do dronów, ultrakompaktowe kamery termowizyjne do telefonów komórkowych i niskoprofilowe gogle noktowizyjne.
„Nasz wynik pokazuje, że naszUltracienki, przestrajalny obiektyw pozbawiony ruchomych części może zapewnić pozbawiony aberracji obraz nakładających się obiektów znajdujących się na różnych głębokościach, co stanowi konkurencję dla tradycyjnych, nieporęcznych systemów optycznych”.
Tian Gu jest pracownikiem naukowym w Laboratorium Badań Materiałowych Massachusetts Institute of Technology.
Nowa soczewka wykonana jest z materiału o zmiennejfazę, którą zespół stworzył, ulepszając materiał powszechnie używany na płytach CD i DVD wielokrotnego zapisu. Nazywany GST, składa się z germanu, antymonu i telluru, a jego wewnętrzna struktura zmienia się pod wpływem ogrzewania impulsami lasera. Dzięki temu materiał może przełączać się między stanami przezroczystymi i nieprzezroczystymi - mechanizm, który pozwala na zapisywanie, usuwanie i nadpisywanie danych przechowywanych na płytach CD.
Na początku tego roku informowali naukowcydodanie kolejnego pierwiastka, selenu, do GST w celu stworzenia nowego materiału zmieniającego fazę o nazwie GSST. Gdy podgrzali nowy materiał, jego struktura atomowa zmieniła się z amorficznej, nieuporządkowanej plątaniny atomów w bardziej uporządkowaną strukturę krystaliczną. To przesunięcie fazowe zmieniło również sposób, w jaki światło podczerwone przechodzi przez materiał, wpływając na moc załamania światła, ale z minimalnym wpływem na przezroczystość.
Zespół zastanawiał się, czy można to dostosowaćzdolność przełączania GSST do kierowania i ogniskowania światła w określonych punktach, w zależności od jego fazy. W tym przypadku materiał może służyć jako aktywna soczewka bez konieczności zmiany ogniskowej przez części mechaniczne.
„Ogólnie rzecz biorąc, kiedy robią optyczneurządzenia, bardzo trudno jest dostosować jego właściwości po wyprodukowaniu. Dlatego posiadanie takiej platformy to święty Graal dla inżynierów optycznych, pozwalający metalowym soczewkom skutecznie przełączać ostrość w szerokim zakresie”.
Tian Gu jest pracownikiem naukowym w Laboratorium Badań Materiałowych Massachusetts Institute of Technology.
W zwykłych soczewkach szkło jest precyzyjnie zakrzywione, więcpadająca wiązka światła jest załamywana od soczewki pod różnymi kątami, zbiegając się w punkcie w pewnej odległości, znanej jako ogniskowa soczewki. Soczewki mogą wtedy stworzyć wyraźny obraz dowolnego obiektu z określonej odległości. Aby wyświetlić obiekty o różnych głębokościach, soczewka musi zostać fizycznie przesunięta.
Zamiast polegać na stałymkrzywizny materiału dla światła bezpośredniego, naukowcy próbowali zmienić metaleny na bazie GSST tak, aby ogniskowa zmieniała się w zależności od fazy materiału. W swoim nowym badaniu stworzyli warstwę GSST o grubości 1 mikrona i stworzyli metapowierzchnię poprzez wytrawianie warstwy GSST na mikroskopijnych strukturach o różnych kształtach, które załamują światło na różne sposoby.
Przetestowali nowe metaleny, umieszczając jena scenę i oświetlony wiązką laserową dostrojoną do zakresu światła podczerwonego. W pewnych odległościach przed obiektywem umieścili przezroczyste obiekty składające się z dwustronnych poziomych i pionowych pasków, znanych jako diagramy rozdzielczości, które są powszechnie używane do testowania układów optycznych.
Soczewka w początkowym stanie amorficznym dawała ostrośćobraz pierwszego wzoru. Grupa następnie podgrzewa soczewkę, aby przekształcić materiał w fazę krystaliczną. Po przejściu i ze zdalnym źródłem ogrzewania, obiektyw dawał równie ostry obraz, tym razem w postaci drugiego, bardziej odległego zestawu pasków.
Eksperymenty pokazują, że metaleny mogąaktywnie zmieniać ostrość bez żadnego ruchu mechanicznego. Naukowcy twierdzą, że metalowa soczewka może być potencjalnie wykonana z wbudowanymi mikro-grzejnikami, aby szybko ogrzewać materiał w krótkich milisekundowych impulsach. Zmieniając warunki ogrzewania, mogą również dostroić się do stanów pośrednich innych materiałów, zapewniając ciągłą regulację ostrości.
Czytaj także:
Powstała pierwsza dokładna mapa świata. Co jest nie tak ze wszystkimi innymi?
Spójrz na zdjęcia mgławic planetarnych z Hubble'a.
Fizycy stworzyli analogię czarnej dziury i potwierdzili teorię Hawkinga. Dokąd to prowadzi?