Naukowcy z University of Ottawa opracowali koncepcję, która w połączeniu z metasoczewkami pozwoliłaby zredukować rozmiar soczewek i skutecznie wyeliminować rozmiary w nowoczesnej optyce. Zespół zajął się nie samymi elementami soczewek, ale przestrzenią między nimi.
Naukowcy wyjaśniają, że ostatnie kilka stuleci prac w optyce polegało na doskonaleniu i łączeniu soczewek w celu lepszej kontroli wydajności optycznej. Opierając się na tym, stosunkowo nowa nanotechnologia pozwoliła na opracowanie metasoczewek (z ang. metalsens), które mają zdolność znacznego zmniejszania elementów stosowanych w optyce. Jednak nierozwiązanym problemem w rozwoju metasoczewek jest wymóg odstępu między elementami optycznymi. Bez względu na to, jak mały może być obiektyw, nadal wykorzystuje się przestrzeń do tworzenia obrazów. Ta przestrzeń zawsze będzie przeszkodą dla miniaturyzacji, chyba że zostanie inaczej rozwiązana.
Jak opisano w streszczeniu artykułu badawczego, naukowcy dobitnie zajmują się kwestią przestrzeni, przedstawiając koncepcję i eksperymentalnie demonstrując optyczną „płytkę przestrzenną” (ang. spaceplate).
(…) optyka, która skutecznie rozprowadza światło na odległość, może być znacznie dłuższa niż grubość płyty. Taka optyka zmniejszyłaby przyszłe systemy obrazowania, otwierając możliwości ultracienkich kamer monolitycznych. Mówiąc szerzej, płytkę dystansową można zastosować do miniaturyzacji ważnych urządzeń, które pośrednio manipulują przestrzennym profilem światła, na przykład koncentratorów słonecznych, kolimatorów źródeł światła, zintegrowanych komponentów optycznych i spektrometrów.
Zespół kierowany przez dr. Orada Reshefa — starszego doktora habilitowanego w Grupie Roberta Boyda — i dr. Jeffa Lundeena — kanadyjskiego kierownika katedry ds. fotoniki kwantowej i profesora nadzwyczajnego na Wydziale Fizyki na Uniwersytecie w Ottawie — rozmawiał z Phys i wyjaśnił, że zespół chciał zająć się sposobem rozchodzenia się światła między elementami optycznymi i zająć się aspektami tego procesu, na które elementy obiektywu nie mogą nic poradzić.
W wywiadzie dr Reshef mówi, że światło rozprzestrzenia się naturalnie podczas podróży, a każde obecnie używane urządzenie optyczne opiera się na tym rozproszeniu, aby działać. Jako przykład wskazuje na dużą szczelinę między okularem a obiektywem w lunecie lub obiektywie aparatu: obie polegają na tej odległości i rozstawie, aby prawidłowo funkcjonować. Ale ta luka i inne luki w konstrukcji soczewki zajmują dużo miejsca, a jego zespół opracował coś, co nazywają „płytką przestrzenną”, która jest w stanie przyjąć to samo rozproszenie światła i skompresować je „odpowiednio” tak jak obiektyw i pozwalają na radykalne zmniejszenie całych systemów obrazowania.
Rozważaliśmy, co by się stało, gdybyśmy manipulowali światłem w oparciu o kąt, a nie położenie promienia świetlnego – powiedział dr Lundeen w wywiadzie dla Phys. Soczewki działają poprzez ustawienie promienia. Zastosowanie kątów to zupełnie nowa dziedzina i nikt nie wykazał, że można ją wykorzystać do stworzenia czegoś szczególnie użytecznego. Zidentyfikowaliśmy przydatną aplikację, kompresującą przestrzeń. A potem pokazaliśmy, że możemy zaprojektować i eksperymentalnie zademonstrować płyty, które dokładnie to robią.
Dr Reshef mówi, że ten rozwój teoretycznie umożliwiłby producentom soczewek zmniejszenie wszelkiego rodzaju dużych urządzeń, które wcześniej uważano za niemożliwe do miniaturyzacji.
Aby to zaprojektować, musimy wymyślić nowy zestaw zasad, który jest niezgodny z zasadami stosowanymi w projektowaniu obiektywów. Nikt nie wie, czym one są – to trochę tak, jak na dzikim zachodzie – mówi. To zaskakujące, że elementy optyczne, takie jak soczewki, istnieją od tysiącleci, a zasady ich projektowania są dobrze rozumiane od ponad 400 lat, a mimo to wciąż odkrywamy tak fundamentalne nowe elementy optyczne do obrazowania.
Spaceplate mogłaby pracować w parze z metasoczewkami, aby znacznie zmniejszyć wielkość optyki do punktu, w którym, na przykład w grafice, soczewka jest zlicowana z matrycą kamery. Naukowcy twierdzą, że obecnie pracują nad opracowaniem nowej generacji technologii, aby zwiększyć współczynnik kompresji i poprawić ogólną wydajność wynalazku.
Mamy już kilka projektów, które zwiększają współczynnik kompresji od pięciu do ponad 100 razy i zwiększają całkowitą transmisję. Aby to kontynuować, musimy wymyślić zupełnie nowy paradygmat projektowania – mówi dr Lundeen.
Podczas, gdy metalsoczewki umożliwiły całkowite wyeliminowanie wstrząsów aparatu w nowoczesnych smartfonach, przestrzeń w połączeniu z technologią metasoczewek może całkowicie wyeliminować nowoczesne obiektywy. To prawdopodobnie rewolucyjne osiągnięcie w dziedzinie optyki, a pełny raport z badań można przeczytać w serwisie czasopisma Nature.
źródło: Nature | PetaPixel
Od 2005 roku zajmuję się komunikacją internetową i e-marketingiem, jestem pasjonatem urządzeń mobilnych oraz nowych technologii – i nie waham się ich używać.