Polerat glas har varit i centrum för bildbehandlingssystem i århundraden. Deras exakta krökning
Byt fokus för att se tydligt i alla dessaskala kräver vanligtvis fysisk rörelse av linsen genom att luta, glida eller på annat sätt flytta, vanligtvis med de mekaniska delarna som utgör de flesta mikroskop och teleskop.
Forskare graverade ytan på materialetsmå, exakt mönstrade strukturer som fungerar tillsammans som en metayta, bryter eller reflekterar ljus på ett unikt sätt. När materialegenskaper ändras, ändras metasytans optiska funktion därefter. I det här fallet, när materialet har rumstemperatur, fokuserar metaytan ljuset för att skapa en tydlig bild av objektet på ett visst avstånd. När materialet värms upp ändras dess atomstruktur och som svar omdirigerar metaytan ljuset för att fokusera på ett mer avlägset objekt.
Således kan de nya aktiva metallernajustera fokus utan att behöva skrymmande mekaniska element. Den nya designen, som för närvarande möjliggör infraröd avbildning, kan möjliggöra mer flexibla optiska enheter som miniatyrvärmekameror för drönare, ultrakompakta värmekameror för mobiltelefoner och lågprofilskydd.
”Vårt resultat visar att vårEn ultratunn, avstämbar lins utan rörliga delar kan ge aberrationsfria bilder av överlappande objekt på olika djup, som konkurrerar med traditionella skrymmande optiska system."
Tian Gu är forskare vid Massachusetts Institute of Technologys materialforskningslaboratorium.
Den nya linsen är gjord av ett material med variabelfas, som laget producerade genom att justera det material som vanligtvis används i omskrivbara CD-skivor och DVD-skivor. Kallas GST, den består av germanium, antimon och tellur, och dess inre struktur förändras när den värms upp med laserpulser. Detta gör att materialet kan växla mellan transparenta och ogenomskinliga tillstånd - en mekanism som låter dig skriva, radera och skriva över data som lagras på CD-skivor.
Tidigare i år rapporterade forskaretillägget av ett annat element, selen, till GST för att skapa ett nytt fasförändrande material som kallas GSST. När de upphettade det nya materialet, skiftades dess atomstruktur från en amorf, orolig virvla av atomer till en mer ordnad kristallstruktur. Denna fasförskjutning förändrade också sättet infrarött ljus färdas genom materialet, vilket påverkar brytningseffekt, men med minimal inverkan på transparensen.
Teamet undrade om det var möjligt att anpassaväxlingskapacitet GSST för att rikta och fokusera ljus på specifika punkter, beroende på dess fas. I detta fall kan materialet fungera som en aktiv lins utan att mekaniska delar behöver flyttas.
"I allmänhet, när de gör optiskaenhet är det mycket svårt att justera dess egenskaper efter produktion. Det är därför att ha en plattform som denna är den heliga gralen för optiska ingenjörer, vilket gör att metalllinser effektivt kan byta fokus över ett brett spektrum."
Tian Gu är forskare vid Massachusetts Institute of Technologys materialforskningslaboratorium.
I vanliga linser är glaset exakt böjt, så attden infallande ljusstrålen bryts från linsen i olika vinklar och konvergerar vid en punkt på ett visst avstånd, så kallad linsens brännvidd. Linserna kan sedan skapa en tydlig bild av vilket objekt som helst på ett visst avstånd. För att visa objekt med olika djup måste linsen flyttas fysiskt.
Istället för att förlita sig på en fastkrökningen av materialet för direkt ljus försökte forskarna ändra GSST-baserade metallmaterial så att brännvidden ändras beroende på materialets fas. I sin nya studie tillverkade de ett 1 mikron tjockt GSST-lager och skapade en metaytan genom att etsa GSST-lagret på mikroskopiska strukturer av olika former som bryter ljus på olika sätt.
De testade de nya metallerna genom att placera denpå scenen och lyser upp med en laserstråle inställd på det infraröda ljusområdet. På vissa avstånd framför linsen placerade de transparenta föremål bestående av dubbelsidiga horisontella och vertikala randmönster, så kallade upplösningsdiagram, som ofta används för att testa optiska system.
Linsen i det initiala amorfa tillståndet gav en skarpbild av det första mönstret. Gruppen värmer sedan upp linsen för att förvandla materialet till en kristallin fas. Efter övergången och med fjärrvärmekällan gav linsen en lika skarp bild, den här gången av en andra, mer avlägsen uppsättning ränder.
Experiment visar att metallar kanändra aktivt fokus utan mekanisk rörelse. Forskarna säger att metalllinsen potentiellt kan tillverkas med inbyggda mikrovärmare för att snabbt värma upp materialet i korta millisekundpulser. Genom att ändra värmeförhållandena kan de också anpassa sig till mellanstatus för andra material, vilket ger kontinuerlig fokusjustering.
Läs också:
Den första exakta världskartan skapades. Vad är fel med alla andra?
Titta på Hubble-bilder av planetnebulosor.
Fysiker har skapat en analog av ett svart hål och bekräftat Hawkings teori. Vart leder det?