Ang mga bagong Metalens ay nagbabago ng pagtuon nang hindi gumagalaw – nagsasama ng mga maliit na lente na nagpapalaki ng lente para sa mga drone, cell phone at night vision goggle

Ang bagong metal, na gawa sa MIT, ay gumagalaw ng pokus nang walang Pagkiling, paglilipat o iba pang paggalaw. Maaaring isama sa disenyo ang mga pinaliit na lente ng zoom para sa mga drone, cell phone o night vision goggle. May-akda: Mabait na mga mananaliksik

Ang pinakintab na baso ay nasa gitna ng mga sistema ng pagtuklas sa loob ng daang siglo. Pinapayagan ng kanilang tumpak na kurbada ang lens na mag-focus ng ilaw at makagawa ng matalas na mga imahe, kung ang bagay ay isang solong cell, isang pahina ng isang libro, o isang malayong kalawakan.

Ang pagbabago ng pokus upang malinaw na makita ang lahat ng mga kaliskis na ito ay karaniwang nangangailangan ng pisikal na paglipat ng lens sa pamamagitan ng Pagkiling, Pag-slide, o kung hindi man ay paglilipat ng lens, karaniwang gumagamit ng mga bahagi ng mekanikal na nagdaragdag ng karamihan ng mga microscope at teleskopyo.

Ngayon З ang mga inhinyero ay lumikha ng napapasadyang “metalheads” na maaaring tumuon sa mga bagay sa maraming lalim nang hindi binabago ang kanilang pisikal na posisyon at hugis. Ang lens ay hindi gawa sa matapang na baso, ngunit ng isang transparent na “phase-shifting” na materyal, na pagkatapos ng pag-init ay maaaring ayusin muli ang istraktura ng atomic at sa gayon ay mabago ang paraan ng pakikipag-ugnay ng materyal sa ilaw.

Ang mga mananaliksik ay nakaukit sa ibabaw ng materyal na may maliit, maayos na pattern na mga istraktura na nagtutulungan bilang isang “meta-ibabaw” upang natatanging i-refact o ipakita ang ilaw. Tulad ng pagbabago ng mga katangian ng materyal, ang pag-andar ng optikal ng meta-floor ay nagbabago nang naaayon. Sa kasong ito, kapag ang materyal ay nasa temperatura ng kuwarto, ang metasurface ay nakatuon sa ilaw, lumilikha ng isang matalim na imahe ng bagay sa isang tiyak na distansya. Matapos mapainit ang materyal, nagbabago ang istraktura ng atomic nito, at bilang tugon ang metasurface ay nagre-redirect ng ilaw upang tumuon sa isang mas malayong bagay.

Kaya, ang mga bagong aktibong “metal” ay maaaring ayusin ang pokus nang hindi kailangan ng mga malalaking elemento ng makina. Ang bagong disenyo, na nakakakita ngayon sa infrared range, ay maaaring magsama ng mas sopistikadong mga aparatong pang-optikal tulad ng pinaliit na mga thermal device para sa mga drone, ultra-compact na thermal camera para sa mga mobile phone at salaming pang-araw na salaming pang-araw.

“Ipinapakita ng aming resulta na ang aming ultra-manipis na naaayos na lente nang walang gumagalaw na mga bahagi ay nagbibigay-daan sa iyo upang makakuha ng isang aberration ng mga imahe ng magkakapatong na mga bagay na matatagpuan sa iba’t ibang mga kalaliman upang mapaglabanan ang tradisyonal, napakalaki na mga optical system,” sabi ni Tian Gu, isang mananaliksik sa MIT Materials Research Laboratory.

Si Gu at ang kanyang mga kasamahan ay naglathala ng kanilang mga resulta ngayon sa isang journal Mga komunikasyon ng kalikasan. Kabilang sa mga may-akda nito ay sina Jejun Hu, Mikhail Shalaginov, Ifei Zhang, Fan Yang, Peter Su, Carlos Rios, Qinyang Doo at Anuradha Agarwal mula sa MIT; Vladimir Lieberman, Jeffrey Chow at Christopher Roberts ng Lincoln Institute of Technology Laboratory sa Lincoln; at kawani sa University of Massachusetts sa Lowell, ang University of Central Florida at Lockheed Martin Corporation.

Materyal ng pampalasa

Ang bagong lens ay ginawa mula sa materyal na naayos na phase na ginawa ng koponan sa pamamagitan ng pag-aayos ng materyal na karaniwang ginagamit sa mga muling nababalik na CD at DVD. Pinangalanang GST, kasama dito ang germanium, antimony, at Tellurium, at ang panloob na istraktura ay nagbabago kapag pinainit ng laser pulses. Pinapayagan nitong lumipat ang materyal sa pagitan ng mga transparent at opaque na estado – isang mekanismo na nagbibigay-daan sa iyo upang magsulat, burahin at muling isulat ang data na nakaimbak sa mga CD.

Mas maaga sa taong ito, iniulat ng mga mananaliksik na nagdaragdag ng isa pang elemento – siliniyum – sa GST upang makagawa ng bagong materyal na nagbabago ng bahagi: GSST. Kapag pinainit nila ang bagong materyal, ang istraktura ng atomiko ay lumipat mula sa isang walang hugis, sapalarang kaluskos ng mga atomo sa isang mas naayos, mala-kristal na istraktura. Binago din ng phase shift na ito ang paraan ng pagdaan ng infrared light sa materyal, nakakaapekto sa repraktibong lakas ngunit may kaunting epekto sa transparency.

Nagtataka ang koponan kung posible na iakma ang kakayahan ng GSST na idirekta at ituon ang ilaw sa mga tukoy na puntos depende sa yugto. Pagkatapos ang materyal ay maaaring magsilbing isang aktibong lens nang hindi nangangailangan ng mga bahagi ng mekanikal upang ilipat ang pagtuon.

“Sa pangkalahatan, kapag ginawa ang isang aparatong optikal, napakahirap na ayusin ang mga katangian nito pagkatapos ng paggawa,” sabi ni Shalaginov. “Kaya ang pagkakaroon ng isang katulad na platform ay katulad ng mga piyesta opisyal ng Grail para sa mga optikal na inhinyero, na nagbibigay-daan [the metalens] upang lumipat ng pokus nang mahusay at sa loob ng isang malaking saklaw. “

Sa isang mainit na upuan

Sa mga maginoo na lente, ang baso ay tiyak na hubog upang ang papasok na light beam ay repraktibo mula sa lens sa iba’t ibang mga anggulo, na nagko-convert sa isang punto sa isang tiyak na distansya na kilala bilang focal haba ng lens. Pagkatapos ay makakagawa ang mga lente ng isang matalim na imahe ng anumang mga bagay sa tukoy na distansya na iyon. Upang maipakita ang mga bagay sa magkakaibang kalaliman, dapat na pisikal na ilipat ang lens.

Sa halip na umasa sa nakapirming kurbada ng materyal upang magdirekta ng ilaw, sinubukan ng mga mananaliksik na baguhin ang mga teyp na metal na nakabatay sa GSST upang ang haba ng pokus ay magkakaiba depende sa yugto ng materyal.

Sa kanilang bagong pag-aaral, gumawa sila ng isang 1 μm-makapal na layer ng GSST at lumikha ng isang “metasurface” sa pamamagitan ng pag-ukit ng isang layer ng GSST sa mga mikroskopiko na istraktura ng iba’t ibang mga hugis na nagpapalabas ng ilaw sa iba’t ibang paraan.

“Ito ay isang kumplikadong proseso ng paglikha ng isang metasurface na lumilipat sa pagitan ng iba’t ibang mga pag-andar at nangangailangan ng matalinong disenyo, kung anong mga hugis at pattern ang gagamitin,” sabi ni Gu. “Alam kung paano kumikilos ang materyal, makakabuo tayo ng isang tukoy na pattern na tututok sa isang punto sa walang malay na estado at magbago sa isa pang punto sa mala-kristal na yugto.”

Sinubukan nila ang mga bagong metal sa pamamagitan ng paglalagay sa kanila sa entablado at pag-iilaw sa kanila ng isang laser beam na nakatutok sa infrared band ng ilaw. Sa isang tiyak na distansya sa harap ng lens, inilagay nila ang mga transparent na bagay na binubuo ng dalawang panig na mga pattern ng pahalang at patayong guhitan, na kilala bilang mga diagram ng resolusyon, na karaniwang ginagamit upang subukan ang mga optikal na sistema.

Ang lente sa paunang walang estado na estado ay gumawa ng isang matalim na imahe ng unang sample. Pinainit ng koponan ang lens para gawing mala-kristal na yugto ang materyal. Matapos ang paglipat at pagkatapos na alisin ang mapagkukunan ng init, ang lens ay nakatanggap ng pantay na matalim na imahe, sa oras na ito sa isang segundo, karagdagang hanay ng mga banda.

“Nagpapakita kami ng mga larawan sa dalawang magkakaibang kailaliman nang walang anumang paggalaw ng mekanikal,” sabi ni Shalaginov.

Ipinapakita ng mga eksperimento na ang metal ay maaaring aktibong mabago ang pokus nang walang anumang paggalaw ng mekanikal. Inaako ng mga mananaliksik na ang mga metal tape ay maaaring gawin gamit ang mga built-in na microheater upang mabilis na maiinit ang materyal sa maikling millisecond pulses. Sa pamamagitan ng pagbabago ng mga kondisyon ng pag-init, maaari rin silang ayusin sa mga kalagitnaan ng estado ng isa pang materyal, na pinapayagan kang patuloy na ayusin ang pokus.

“Ito ay tulad ng pagluluto ng steak – nagsisimula ito sa isang raw steak, at maaari itong makabuo ng isang mahusay na paggawa, o maaari itong gawing bihira ang isang medium, at anupaman sa pagitan,” sabi ni Shalaginov. “Sa hinaharap, ang natatanging platform na ito ay magpapahintulot sa amin na arbitraryong kontrolin ang focal haba ng metal.”

Sanggunian: “Naisaayos muli ang mga ganap na dielectric na metal na may limitadong diffraction” ni Mikhail Yu. Clayton Fowler, Anuradha Agarwal, Kathleen A. Richardson, Clara Rivero-Baleine, Hualiang Zhang, Juejun Hu at Tian Gu, Pebrero 22, 2021, Mga komunikasyon ng kalikasan.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21440-9

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang paglulunsad ng NASA Walnops rocket ay makikita sa East America

Mapa ng visibility ng Kinnet-X. Kredito: NASA A. Mission upang tuklasin ang transportasyon sa kalawakan gamit ang enerhiya a NASA Ang rocket na tunog...

Bakit kaya mahirap magamot ang COVID-19? Isang Komprehensibong Pagsuri sa Alam Namin

Lumalagong Mga Punto ng Katibayan ng Hindi Karaniwang Nakakahawang Profile Isang komprehensibong pagsusuri ng alam namin COVID-19 at kung paano ito gumagana ay nagmumungkahi na...

Nakikita ng NASA ang mga alon sa ibabaw ng dagat [Video]

Ang mga alon sa loob, o mga papasok na alon, ay maaaring umabot ng daan-daang mga paa sa ibaba ng ibabaw ng karagatan, ngunit...

Mga Kamangha-manghang Dinosauro na Naghahanap ng Kadiliman

Muling pagbuo ng Shuvuuia deserti artist. Kredito: Viktor Radermaker Ang maliit na dinosauro na nakatira sa disyerto ng Shuvuuia ay may natatanging paningin at...

Ang “Molecular glue” ay nagdaragdag ng kahusayan at ginagawang mas maaasahan ang pereskite solar cells sa paglipas ng panahon

Ginamit ng mga mananaliksik ang self-assemble na solong-layer na "molekular na pandikit" upang patigasin ang mga interface sa pereskite solar cells upang gawing mas...

Newsletter

Subscribe to stay updated.