Pieniä ja tehokkaita metalinssejä puhelimiin ja droneihin

Uusi lähestymistapa moniväristen linssien valmistukseen voisi inspiroida uuden sukupolven pieniä, edullisia ja tehokkaita optiikoita kannettaville laitteille, kuten puhelimille ja droneille.

Suunnitelmassa käytetään metamateriaalikerroksia, jotka samanaikaisesti fokusoivat useita aallonpituuksia polarisoimattomasta lähteestä ja suurelle halkaisijalle. Menettely voittaa aiempien metalinssien merkittävän rajoituksen, kertoo suunnittelusta raportoivan artikkelin ensimmäinen kirjoittaja Joshua Jordaan Australian kansallisen yliopistosta ja sen transformatiivisten metaoptisten järjestelmien huippuyksiköstä (TMOS).

"Suunnittelussamme on paljon hienoja ominaisuuksia, jotka tekevät siitä sovellettavissa käytännön laitteisiin."

”Sitä on helppo valmistaa, koska sillä on edullinen sivusuhde ja jokainen kerros voidaan valmistaa erikseen ja sitten pakata yhteen. Se on myös polarisaatiosta riippumaton ja mahdollisesti skaalautuva kypsillä puolijohteiden nanotuotannon alustoilla”, Jordaan sanoi.

Projektia johtivat Jenan Friedrich Schillerin yliopiston tutkijat Saksasta osana kansainvälistä Meta-ACTIVE-tutkijakoulutusryhmää.

Metalinssien paksuus on suuruusluokkaa ohuempi kuin perinteisillä linsseillä. Ne voidaan suunnitella ominaisuuksilla, kuten polttoväleillä, jotka olisivat mahdottoman lyhyitä perinteisille optiikoille.

Aluksi tiimi yritti fokusoida useita aallonpituuksia yhdellä kerroksella, mutta he törmäsivät joihinkin perustavanlaatuisiin rajoituksiin.

Kun suunnittelussa siirryttiin useiden metalinssikerrosten kokoonpanoon, tiimi lähestyi ongelmaa käänteisellä suunnittelualgoritmilla, joka perustui muodon optimointiin ja jonka parametrisointi mahdollisti paljon vapausasteita.

Optimointirutiini tuotti metamateriaalielementtien kirjaston yllättävän monissa eri muodoissa, kuten pyöristetyt neliöt, nelilehtiset apilat ja potkurit.

Nämä pienet, noin 300 nm korkeat ja 1000 nm leveät muodot kattoivat koko vaihesiirtojen alueen nollasta kahteen piihin, minkä ansiosta tiimi pystyi luomaan vaihegradienttikartan minkä tahansa mielivaltaisen tarkennuskuvion saavuttamiseksi – vaikka he alun perin pyrkivätkin vain perinteisen linssin yksinkertaiseen rengasrakenteeseen.

Monikerrosmenetelmä on kuitenkin rajoitettu enintään viiteen eri aallonpituuteen, Jordaan sanoi.

Näiden rajoitusten puitteissa Jordaan sanoi, että kyky valmistaa metallilinssejä keräämään paljon valoa on siunaus tulevaisuuden kannettaville kuvantamisjärjestelmille.

"Suunnittelemamme metallilinssit olisivat ihanteellisia droneille tai maapallon tarkkailusatelliiteille, koska olemme pyrkineet tekemään niistä mahdollisimman pieniä ja kevyitä", hän sanoi.

Metalinsseistä aiemmin:

Metamateriaalien toimintoja tehostaen

Ennätysmäisiä metalinssejä

Metalinssit ja mikromekaniikka uudistavat optiikan