استعراض
في الآونة الأخيرة، ومعهد جامعة كولومبيا من الباحثين تقنية نجحت في انتاج أول طائرة للعدسة، أنها لا تتطلب أي مكونات إضافية يمكن استقطاب تعسفا الضوء على مجموعة واسعة من الألوان، وركزت بشكل صحيح إلى النقطة المحورية نفسها. هذه الثورية سمك "شقة" عدسة ميكرون واحد فقط، هو أرق من ورقة، وأداء أعلى المركب مقارنة نظام العدسة.
خلفية
في المواد والهياكل المختلفة، وألوان مختلفة من الضوء يروجه بسرعات مختلفة. وهذا هو السبب في أننا نرى ينكسر الضوء الأبيض من خلال منظور، سيتم تقسيمها إلى تكوين ألوان مختلفة من الضوء، وهي ظاهرة تعرف باسم "تشتت".
لنفس المتوسطة، وارتفاع وتيرة من ضوء، وكلما زاد معامل الانكسار للضوء مثل هذا المتوسطة. في الضوء المرئي، وهو أعلى تردد البنفسجي والأحمر الحد الأدنى تردد. عندما الضوء الأبيض من خلال منظور، منظور أقصى البنفسجي مؤشر الانكسار، يمر الضوء من خلال موشور، ودرجة الحد الأدنى من انحراف أقصى البنفسجي والأحمر درجة انحراف. وهكذا، فإن المنشور لضوء منفصل من ترددات مختلفة، يتم إنشاء تشتت الضوء.
(المصدر: ويكيبيديا)
بسبب "تشتت"، فإنه ليس من عدسة العادية للتركيز ألوان مختلفة من الضوء إلى حد ما. وهذا يعني أن ألوان مختلفة من الضوء لا يركز في نفس الوقت، لذلك أن الصورة التي شكلتها مثل عدسة بسيطة ستصبح حتما واضح. نظام التصوير التقليدية عن طريق إضافة العدسات التعددية في حل هذه المشكلة، ولكن هذا الحل قد زاد تعقيد والوزن بالنسبة للسعر.
(المصدر: أبل)
من قبل، وقدم مصدر قلق البحوث الشعبي: يتعلق بما وارء. وهو يشير إلى الطبقة التي تنفذها هيكل مصمم بشكل مصطنع، وهي مادة ذات خصائص فيزيائية غير عادية من مواد طبيعية ليس لديهم. "المادة الخارقة" يتكون من أسطح رقيقة جدا (metasurface)، والتي يمكن أن يكون التنظيم مرنا لسعة خفيفة الحادث، المرحلة، والاستقطاب، وما إلى ذلك، وجود قدرة قوية للسيطرة على مجال الضوء.
على سبيل المثال، والسيطرة على اتجاه انتشار الضوء من السطح مع فائقة، وسوف تنتج الظواهر الفيزيائية للاهتمام: "عباءة". إرادة الخفيفه تجاوز الكائن، مثل الماء لتجاوز الحجر.
(المصدر: مختبر بيركلي)
على سطح، كل حقل ضوء وجود قدرة قوية للسيطرة، وإنما هو أيضا مادة جدا رقيقة جدا، ويمكن أن يتم في فائقة عدسة مستو رقيقة. المقبل، ونحن نستعرض معا مع دراسات حالة أدخلت قبل حول الجوانب عدسة فائقة، مثل:
أولا، ودمج مركز الفعلي للالبنية النانوية كوريا معهد العلوم الاساسية (IBS) العلماء مع جامعة برمنغهام، معهد كوريا للعلوم والتكنولوجيا (KAIST) العلماء التعاون مع وظيفة قابل للتعديل من سمك بطاقة الائتمان عبر تطوير طائرة عدسة .
(المصدر: مرجع [3])
ثانيا، جامعة هارفارد، جون بولسون كلية الهندسة والعلوم التطبيقية (SEAS) الباحثين ضعت فائقة كبير عدسة التكيفية (metalens)، ومن المتوقع أن يصبح في المستقبل "العين الاصطناعية".
(المصدر: كاباسو مختبر / هارفارد البحار)
ثالثا، كلية الحقوق بجامعة هارفارد جون بولسون الهندسة والعلوم التطبيقية (SEAS) فريق من العلماء بتطوير أول عدسة فائقة، قد يكون كامل الطيف الضوء المرئي (بما في ذلك الأبيض) ركز على نفس النقطة، وصلت إلى دقة عالية معدل.
(المصدر: جاريد Sisler / هارفارد البحار)
ابتكار
في الآونة الأخيرة، ومعهد جامعة كولومبيا من الباحثين تقنية نجحت في انتاج أول طائرة للعدسة، أنها لا تتطلب أي مكونات إضافية يمكن استقطاب تعسفا الضوء على مجموعة واسعة من الألوان، وركزت بشكل صحيح إلى النقطة المحورية نفسها. هذه الثورية سمك "شقة" عدسة ميكرون واحد فقط، هو أرق من ورقة، وأداء يضاهي أعلى نظام عدسة المجمع.
الشكل التالي: ساجان شريستا، آدم C. Overvig ونانفانغ يو
(المصدر: جامعة كولومبيا)
فريق البحث من قبل أستاذ مشارك، قسم الفيزياء التطبيقية نانفانغ يو قاد. في النتائج ذات الصلة في 3 تشرين الأول نشر في: ورقة جديدة في مجلة "لايت للعلوم وتطبيقات" الحصول على وصف مفصل.
تكنولوجيا
سوف عدسة الإضاءة التقليدية الضوء على ذلك، من خلال مسارات نشر مختلفة، حتى أن موجات الضوء الكاملة تصل في نفس الوقت التركيز. من أجل تصنيع عدسة هذه لتحقيق هذا الغرض، وعندما تنتشر ضوئية من المركز إلى حافة العدسة، فمن الضروري زيادة مقدار التأخير ل. هذا هو السبب في أن المركز التقليدي للعدسة هو أكثر سمكا من الحافة.
لاختراع أرق وأخف وزنا وأرخص عدسة، يستخدم يو فريق نظام مختلف. واستخدم الباحثون خبراتهم في بصري "سطح السوبر (metasurfaces)" الجانب، أو التي تنتجها بكسل عملاقة superatom (الفوقية ذرة)" يتكون من عدسة مسطحة. كل ذرات فائقة سوى جزء بسيط من حجم الطول الموجي للضوء، ويمكن أن تؤخر بدرجات متفاوتة من الضوء من خلال ذلك.
يصور الباحثون رقيقة مثل البنية النانوية شعر الإنسان سامسونج طبقة على متن الطائرة الركيزة، ونظام العدسات التقليدية لتحقيق نفس المهام سماكة ووزن المدرجة. وبالنظر إلى المستقبل، يتوقع لها أن تحل محل عدسة ضخمة على النظام عدسة، مثل جهاز تلفزيون بشاشة مسطحة لاستبدال أنبوب أشعة الكاثود TV نفسه.
مسح صورة مجهرية الإلكترون من شظايا عدسة واسعة جدا: الجزء العلوي من الصورة في FIG. وهي تتألف من مختلف الأشكال مستعرضة للنانو ورقة السيليكون على الركيزة الزجاج. أسفل الصورة: عرضين فائقة متعددة العناصر عناصر عدسة نظام التصوير.
(المصدر: جامعة كولومبيا)
عدسة مستو التالية يبين الشكل اثنين. جزء الصدارة، عدسة مستو جديدة تركز الضوء من جميع الألوان في نفس النقطة. في المقابل، فإن جزء خلفية تصحيح الألوان طائرة عدسة لا يمكن أن يؤديها.
(المصدر: جامعة كولومبيا)
قيمة
وقال يو: "ميزة لدينا هو أن الطائرة للعدسة، وذلك باستخدام فائقة ذرة شكل معقد، وليس أحادي اللون فقط، ولكن أيضا طيف مستمر، قدمت الشخصي تأخير الصحيح ولأنها رقيقة جدا، ومن المتوقع أن تقلل إلى حد كبير التصوير. كما الأبعاد المستخدمة والوزن من أية أدوات أو الأجهزة البصرية، مثل الكاميرات والمجاهر والتلسكوبات وحتى لدينا النظارات. كنا نتصور المستقبل سوف تظهر أرق من ورقة نظارات، لم تثر كاميرات الهواتف النقالة الذكية، مركبة غير مأهولة والتصوير ونظام الطائرات بدون طيار ورقة الاستشعار المستخدمة والأدوات الصغيرة المستخدمة في التصوير الطبي ".
يستخدم يو فريق طائرة ثنائية الأبعاد القياسية مماثلة لصناعة تكنولوجيا تصنيع رقائق الكمبيوتر، هذه العدسات فائقة المصنعة. وقالوا أن ذلك تصنيع على نطاق واسع من التقنيات فائقة عدسة تكون أبسط من تصنيع رقائق الكمبيوتر، لأنها تحتاج فقط لتحديد طبقة من النانو. في المقابل، فإن رقاقة الكمبيوتر الحديثة يتطلب طبقات متعددة، وبعض ما يصل الى 100 طبقات. هذه الطائرة فائقة عدسة لديه ميزة أنه على عكس العدسات التقليدية، فهي مكلفة وتستغرق وقتا طويلا دون المرور عبر عملية طحن وتلميع.
وقال المشارك الرئيسي المؤلف يو فريق من أطروحة الدكتوراه ساجان شريستا: "لدينا عدسة مسطحة من صناعة موازية على نطاق واسع لإنتاج كميات كبيرة من الأداء العالي وعدسة غير مكلفة لذلك يمكننا أن نرسل التصميم لدينا. أشباه الموصلات مسبك للإنتاج، للاستفادة من وفورات الحجم الكامنة في هذه الصناعة ".
عدسة مستو يمكن أن يكون نطاق الطول الموجي للضوء بين 1.2 ميكرون و 1.7 ميكرون ركز الجرد الوطني على نفس النقطة، حيث أن جميع الألوان وتتركز في وقت واحد، فمن الممكن أن يشكل نطاق الطول الموجي الأشعة تحت الحمراء القريبة "لون" الصورة، التي هي للون التصوير الفوتوغرافي لزم الأمر. عدسة يمكن أن تركز الضوء من أي دولة الاستقطاب، لذلك لا يمكن إلا أن العمل في ظل استقطاب بيئة معملية تسيطر عليها بشكل جيد، يمكن أن تعمل في ظل ظروف العالم الحقيقي للضوء المحيط والاستقطاب عشوائيا. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يمكن أن تعمل أيضا على نقل الضوء، على الاندماج في النظام البصري.
يو آدم Overvig طالب الدكتوراه آخر، قال كاتب آخر من ورقة المشارك الرئيسي: "وتناقش لدينا خوارزمية تصميم بالتفصيل في واجهة صورت على أنها نمط ثنائي من جميع درجات الحرية، وبالتالي فإننا نقترب من أداء طائرة واحدة من النانو عدسة واجهة الحد النظري الذي يمكن تحقيقه. في الواقع، لقد أثبتنا واحدة من عدد قليل من عدسة مسطحة نظريا وأفضل الخصائص العامة. لأكثر من يهتم قطر عدسة معينة، حققناه عبر أكبر مجموعة من الأطوال الموجية أكثر إحكاما من التركيز ".
وقال البروفيسور الأمريكي في جامعة ولاية بنسلفانيا بصريات النانو وارء خبراء نادر إنغيتا (لم يشارك في الدراسة): "هذا الفريق هو أستاذ نانفانغ يو الانتهاء من عمل جميل، ولكن أيضا حقل مثيرة من مستو البصرية نتائج البحوث. هذا القضاء من انحراف لوني من عدسة فائقة، سطح سوبر هندسة معظم التكنولوجيا المتقدمة، ويمكن أن يفتح الباب أمام مجموعة جديدة من التطبيقات المبتكرة بما في ذلك التصوير والإدراك والتكنولوجيا، بما في ذلك كاميرا صغيرة ".
مستقبل
الآن، والعدسات فائقة الأداء المصنعة من قبل يو وزملاؤه تقترب أداء عالي الجودة نظام عدسة التصوير، ووزن وأبعاد أصغر من ذلك بكثير. ومع ذلك، يواجه الفريق أيضا تحديا آخر: لتعزيز كفاءة العدسة. هذه العدسة مستو حاليا ليس الأمثل، لأنه لا يعكس جزء صغير من قوة الحادث قبالة عدسة مسطحة، بل هو لتفريق الاتجاه غير المرغوب فيه. دعونا كان الفريق متفائل بأن الكفاءة ليست هي المشكلة الأساسية، وأنهم مشغولون استراتيجيات تصميم جديدة للتعامل مع كفاءة. وبالإضافة إلى ذلك، فإنها تناقش أيضا مع شركاء الصناعة لتطوير وترخيص التكنولوجيا.
الكلمة
البصريات والتصوير وعدسة فائقة
المواد المرجعية
[1] https://engineering.columbia.edu/press-releases/nanfang-yu-flat-lens
[2] ساجان شريستا، آدم C. Overvig، مينغ لو، هارون شتاين ونانفانغ يو. النطاق العريض لا لونية عازل Metalenses . النور: العلوم والتطبيقات، 2018، دوى: 10.1038 / s41377-018-0078-X
[3] تيون-تيون كيم، كيم Hyunjun، ميتشل كيني، هيون سونغ بارك، هيون-دون كيم، Bumki مين، شوانغ تشانغ. السعة التحوير من موجات شاذة منكسر تيراهيرتز مع طريق بوابة-الجرافين Metasurfaces . المواد المتقدمة بصري، 2017، 1700507 دوى: 10.1002 / adom.201700507
