O vidro polido está no centro dos sistemas de imagem há séculos. Sua curvatura exata
Mude o foco para ver claramente em todos essesescala, geralmente requer movimento físico da lente, inclinando, deslizando ou movendo-se de outra forma, geralmente usando as peças mecânicas que compõem a maioria dos microscópios e telescópios.
Os pesquisadores gravaram a superfície do materialestruturas minúsculas e precisamente padronizadas que funcionam juntas como uma metassuperfície, refratando ou refletindo a luz de uma maneira única. Quando as propriedades do material mudam, a função óptica da metassuperfície muda de acordo. Neste caso, quando o material está em temperatura ambiente, a metassuperfície focaliza a luz para criar uma imagem nítida do objeto a uma certa distância. Quando o material é aquecido, sua estrutura atômica muda e, em resposta, a metassuperfície redireciona a luz para focalizar um objeto mais distante.
Assim, os novos metalens ativos podemajuste o foco sem a necessidade de elementos mecânicos volumosos. O novo design, que atualmente permite imagens infravermelhas, pode permitir dispositivos ópticos mais flexíveis, como câmeras de imagem térmica em miniatura para drones, câmeras térmicas ultracompactas para telefones celulares e óculos de visão noturna de baixo perfil.
“Nosso resultado mostra que nossoUma lente ultrafina e ajustável, sem partes móveis, pode fornecer imagens livres de aberrações de objetos sobrepostos localizados em diferentes profundidades, rivalizando com os sistemas ópticos tradicionais e volumosos."
Tian Gu é um cientista pesquisador do Laboratório de Pesquisa de Materiais do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.
A nova lente é feita de um material com variaçãofase, que a equipe produziu ajustando o material comumente usado em CDs e DVDs regraváveis. Chamado GST, é composto de germânio, antimônio e telúrio, e sua estrutura interna muda quando aquecida por pulsos de laser. Isso permite que o material alterne entre os estados transparente e opaco - um mecanismo que permite gravar, apagar e sobrescrever dados armazenados em CDs.
No início deste ano, os pesquisadores relatarama adição de outro elemento, selênio, ao GST para criar um novo material de mudança de fase denominado GSST. À medida que aqueciam o novo material, sua estrutura atômica mudou de um emaranhado desordenado e amorfo de átomos para uma estrutura cristalina mais ordenada. Essa mudança de fase também mudou a forma como a luz infravermelha viaja pelo material, afetando o poder refrativo, mas com impacto mínimo na transparência.
A equipe se perguntou se seria possível personalizarcapacidade de comutação GSST para direcionar e focar a luz em pontos específicos, dependendo de sua fase. Nesse caso, o material pode servir como lente ativa sem a necessidade de peças mecânicas para mudar seu foco.
“Em geral, quando fazem ópticadispositivo, é muito difícil ajustar suas características após a produção. É por isso que ter uma plataforma como esta é o Santo Graal para os engenheiros ópticos, permitindo que lentes metálicas alternem efetivamente o foco em uma ampla faixa.”
Tian Gu é um cientista pesquisador do Laboratório de Pesquisa de Materiais do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.
Em lentes comuns, o vidro é precisamente curvo, de modo queo feixe de luz incidente é refratado da lente em diferentes ângulos, convergindo em um ponto a uma certa distância, conhecido como comprimento focal da lente. As lentes podem então criar uma imagem nítida de qualquer objeto a uma distância específica. Para exibir objetos com profundidades diferentes, a lente deve ser movida fisicamente.
Em vez de depender de uma curvatura do material para luz direta, os pesquisadores tentaram mudar os metalens baseados em GSST para que o comprimento focal mudasse dependendo da fase do material. Em seu novo estudo, eles fabricaram uma camada GSST de 1 mícron de espessura e criaram uma metassuperfície gravando a camada GSST em estruturas microscópicas de várias formas que refratam a luz de maneiras diferentes.
Eles testaram os novos metalens, colocando-osno palco e iluminado com um feixe de laser ajustado para a faixa infravermelha de luz. Em certas distâncias na frente da lente, eles colocaram objetos transparentes consistindo em padrões de listras horizontais e verticais de dupla face, conhecidos como diagramas de resolução, que são comumente usados para testar sistemas ópticos.
A lente no estado amorfo inicial deu um nítidoimagem do primeiro padrão. O grupo então aquece a lente para transformar o material em uma fase cristalina. Após a transição e com a fonte de aquecimento remota, a lente produziu uma imagem igualmente nítida, desta vez de um segundo conjunto de listras mais distantes.
Experimentos mostram que metalens podemmudar ativamente o foco sem nenhum movimento mecânico. Os pesquisadores dizem que as lentes de metal podem ser feitas com micro-aquecedores embutidos para aquecer rapidamente o material em pulsos curtos de milissegundos. Ao alterar as condições de aquecimento, eles também podem ser sintonizados nos estados intermediários de outros materiais, proporcionando um ajuste de foco contínuo.
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