Поліроване скло протягом століть було у центрі систем обробки зображень. Їхня точна кривизна
Зміна фокуса, щоб чітко бачити у всіх цихмасштабах, зазвичай вимагає фізичного переміщення лінзи шляхом нахилу, ковзання або іншого переміщення, зазвичай за допомогою механічних деталей, які складають більшу частину мікроскопів і телескопів.
Дослідники вигравіювали поверхню матеріалукрихітними структурами з точним малюнком, які працюють разом як метаповерхность, унікальним чином заломлює або відбиваючи світло. При зміні властивостей матеріалу відповідно змінюється і оптична функція метаповерхності. У цьому випадку, коли матеріал має кімнатну температуру, метаповерхность фокусує світло для створення чіткого зображення об'єкта на певній відстані. Після нагріву матеріалу його атомна структура змінюється, і у відповідь метаповерхность перенаправляє світло, щоб сфокусуватися на більш віддаленому об'єкті.
Таким чином, нова активна металінза моженалаштовувати фокус без необхідності використання громіздких механічних елементів. Новий дизайн, який в даний час дозволяє отримувати зображення в інфрачервоному діапазоні, може дозволити використовувати більш гнучкі оптичні пристрої, такі як мініатюрні тепловізори для дронів, компактні тепловізійні камери для мобільних телефонів і низькопрофільні окуляри нічного бачення.
«Наш результат показує, що нашаультратонка перебудовувана лінза без рухомих частин може забезпечувати безаберрационное зображення об'єктів, що перекриваються, розташованих на різній глибині, конкуруючи з традиційними громіздкими оптичними системами»
Тіан Гу, науковий співробітник лабораторії дослідження матеріалів Массачусетського технологічного інституту.
Нова лінза зроблена з матеріалу зі змінноюфазою, який команда виготовила шляхом настройки матеріалу, який зазвичай використовується в перезаписуваних компакт-дисках і DVD. Названа GST, вона складається з германію, сурми і телуру, і її внутрішня структура змінюється при нагріванні за допомогою лазерних імпульсів. Це дозволяє матеріалу перемикатися між прозорим і непрозорим станами - це механізм, який дозволяє записувати, прати і перезаписувати дані, що зберігаються на компакт-дисках.
Раніше в цьому році дослідники повідомили прододаванні в GST ще одного елемента - селену - для створення нового матеріалу зі змінною фазою, названого GSST. Коли вони нагрівали новий матеріал, його атомна структура перейшла від аморфного, безладного клубка атомів до більш упорядкованим кристалічній структурі. Цей зсув фази також змінив спосіб проходження інфрачервоного світла через матеріал, впливаючи на здатність заломлення, але з мінімальним впливом на прозорість.
Команда задалася питанням, чи можна налаштуватикомутаційну здатність GSST для направлення і фокусування світла в певних точках в залежності від його фази. В цьому випадку матеріал може слугувати активній лінзою без необхідності в механічних частинах для зміщення його фокусу.
«Загалом, коли роблять оптичнепристрій дуже складно налаштувати його характеристики після виготовлення. Ось чому наявність такої платформи – це святий Грааль для інженерів-оптиків, який дозволяє металінзам ефективно перемикати фокус у великому діапазоні».
Тіан Гу, науковий співробітник лабораторії дослідження матеріалів Массачусетського технологічного інституту.
У звичайних лінзах скло точно зігнуто, так щопадаючий промінь світла заломлюється від лінзи під різними кутами, сходячись в точці на певній відстані, відомої як фокусна відстань лінзи. Потім лінзи можуть створювати чітке зображення будь-яких об'єктів на певній відстані. Для зображення об'єктів з різною глибиною лінзу необхідно фізично переміщати.
Замість того, щоб покладатися на фіксованукривизну матеріалу для прямого світла, дослідники спробували змінити металінзу на основі GSST таким чином, щоб фокусна відстань змінювалося в залежності від фази матеріалу. У своєму новому дослідженні вони виготовили шар GSST товщиною 1 мікрон і створили метаповерхность шляхом травлення шару GSST на мікроскопічні структури різної форми, які по-різному заломлюють світло.
Вони протестували нову металінзу, помістивши їїна сцену і освятив лазерним променем, налаштованим на інфрачервоний діапазон світла. На певних відстанях перед лінзою вони розміщували прозорі об'єкти, що складаються з двосторонніх візерунків з горизонтальних і вертикальних смуг, відомих як діаграми дозволу, які зазвичай використовуються для тестування оптичних систем.
Лінза в вихідному аморфному стані давала різкезображення першого візерунка. Потім група нагріває лінзу, щоб перетворити матеріал в кристалічну фазу. Після переходу і з віддаленим джерелом нагрівання лінза давала настільки ж різке зображення, на цей раз другого, більш далекого набору смуг.
Експерименти показують, що металінза можеактивно міняти фокус без будь-яких механічних рухів. Дослідники говорять, що металінзу потенційно можна виготовити з вбудованими мікронагревателямі для швидкого нагріву матеріалу короткими мілісекундними імпульсами. Змінюючи умови нагріву, вони також можуть налаштовуватися на проміжні стану інших матеріалів, забезпечуючи безперервну настройку фокуса.
Читати також:
Створено першу точна карта світу. Що не так з усіма іншими?
Подивіться на фотографії планетарних туманностей, зроблені «Хабблом».
Фізики створили аналог чорної діри і підтвердили теорію Хокінга. До чого це призведе?