استعراض

في الآونة الأخيرة، وضعت جامعة هارفارد، جون بولسون كلية الهندسة والعلوم التطبيقية (SEAS) الباحثون فائقة على التكيف عدسة (metalens). في الجوهر، يمكننا استخدامها كنوع من التحكم به إلكترونيا العين الاصطناعية الطائرة.

خلفية

المادة الخارقة (المادة الخارقة)، المعروف أيضا باسم "يتعلق بما وارء"، من خلال تصميم هيكل تنفيذها يدويا، مع الخصائص الفيزيائية استثنائية لا يمكن أن يكون مادة طبيعية (على سبيل المثال: نفاذية السلبية، السماحية السلبية، معامل الانكسار السلبي، وغيرها) من المواد المركبة. يتعلق بما وارء والتكنولوجيا المتطورة مع شعور تخريبية، وتشمل مجالات تطبيقه: الألياف البصرية والطبية، والفضاء، وأجهزة الاستشعار، قبة الرادار، هوائي الرادار والتكنولوجيا الشبح الصوتية، واستخدام الحرارة المفقودة، تيراهيرتز، والالكترونيات الدقيقة، المواد الماصة، الثلاثية الأبعاد التكنولوجيا وهلم جرا.

على أساس يتعلق بما وارء، والعلماء مزيد من التطوير سوبر السطح (Metasurface). ومن يتم ترتيب هياكل ثنائية الأبعاد وفقا لطريقة معينة من الذرة مصطنعة معينة الخصائص الكهرومغناطيسية للضوء الحادث لا يمكن أن يتحقق لسعة، مرحلة، الاستقطاب أو مثل تنظيم مرن، لديه قدرة قوية للسيطرة على مجال الضوء.

بواسطة سطح رقيقة جدا، أنتجت علماء خطة Metalens (Metalenses). Metalens أكبر ميزة هي: رقيقة (سمك النانو) والتصغير، الذي يعمل إلى ما هو أبعد عدسة التقليدية. يتوقع Metalens لقلب الجهاز التجمع عدسة بصرية التقليدي معقدة، بحيث الهواتف المحمولة والكاميرات وكاميرات المراقبة وتصبح رقيقة جدا وصغيرة جدا.

لقد أدخلت الجوانب البحثية للعدسة فائقة، ونظرة في الحالات النموذجية التاليين:

1) التكامل بين المركز الفعلي للالبنية النانوية كوريا معهد العلوم الأساسية (IBS) العلماء، وقد وضعت معهد كوريا للعلوم والتكنولوجيا (KAIST) بالتعاون مع علماء في جامعة برمنغهام وظيفة الانضباطي، وسمك بطاقة الائتمان عبر طائرة عدسة . ومن الجرافين ومثقبة تكوين سطح الذهب، ويمكن استخدام المكونات البصرية المستخدمة في بعض التطبيقات المتقدمة، وتشمل هذه التطبيقات: عدسة السعة قابل للتعديل، ليزر (على سبيل المثال: المرحلة وحة دوامة)، صورة ثلاثية الأبعاد ديناميكية.

(المصدر: مرجع [2])

2) جون بولسون مدرسة هارفارد للهندسة والعلوم التطبيقية (SEAS) طور فريق من العلماء أول عدسة فائقة، قد يكون كامل الطيف الضوء المرئي (بما في ذلك الأبيض) ركز على نفس النقطة، ويمكن تحقيق دقة عالية معدل.

(المصدر: جاريد Sisler / هارفارد البحار)

ابتكار

في الآونة الأخيرة، وضعت جامعة هارفارد، جون بولسون كلية الهندسة والعلوم التطبيقية (SEAS) الباحثون فائقة على التكيف عدسة (metalens). في الجوهر، يمكننا استخدامها كنوع من التحكم به إلكترونيا العين الاصطناعية الطائرة. هذه العدسة على التكيف يمكن التحكم في وقت واحد على ثلاثة عناصر رئيسية تشكل عدم وضوح الصورة: طول بؤري، الاستجماتيزم، صورة الحركة.

وفيما يلي يبين الشكل: عدسة سوبر (مصنوعة من السيليكون) شفاف من اللدائن المرنة فيلم البوليمر (بدون القطب). هذا اللون براق المنتجة من قبل عدد كبير من النانو فائقة عدسة.

(المصدر: كاباسو مختبر / هارفارد البحار)

يظهر الشكل التالي: عدسة وجود تكيف سوبر لتركيز الضوء على جهاز الاستشعار صورة. سيطرة موجة الضوئية الكهربائية على شكل العدسة، قبل توليد المطلوب (الحمراء)، مما يؤدي إلى تحسين جودة الصورة. في المستقبل، وهذا التكيف فائقة عدسة بنيت في نظام صورة، على سبيل المثال، وكاميرا الهاتف المحمول والمجهر، وتقليص حجم الطائرة AF، في حين تصحيح الانحرافات البصرية والقدرة على تجهيز وتثبيت الصورة البصرية، والتي يتم التحكم فيها بواسطة وحيد تنفيذ الطائرة.

(المصدر: كاباسو مختبر / هارفارد البحار)

نتائج البحوث التي نشرت في "التقدم في العلوم (علوم السلف)" المجلة. وقد تم تنفيذ مكتب هارفارد للتنمية التكنولوجيا من أجل حماية حقوق الملكية الفكرية المرتبطة بهذا المشروع.

شارك في تأليف الدراسة ما يلي: SEAS زميل باحث المهنية في الهندسة الكهربائية، الفيزياء التطبيقية أستاذ ومؤلف كتاب كبار من ورقة فيديريكو كاباسو، طالب SEAS الدراسات العليا، وأول مؤلف آلان قالت: شويان تشانغ وصموئيل شيان. برعاية البحث من قبل مكتب سلاح الجو للبحوث العلمية والمؤسسة الوطنية للعلوم. بدعم من مركز مؤسسة العلوم الوطنية لأنظمة النانو (CNS) كما تشارك في بعض الأعمال البحثية.

تكنولوجيا

من أجل بناء العين الاصطناعية والباحثين تحتاج أولا إلى زيادتها خلال العدسة. من قبل، وحجم العدسة فوق سن بريق صغير. وهي تركز الضوء، والقضاء على الانحراف الكروي من نمط كثيف من النانو، كل البنية النانوية أصغر من الطول الموجي للضوء.

وقالت :. "لأن النانو بحيث صغيرة، عالية جدا كثافة المعلومات من كل عدسة في لو تفضلتم يصبح 100 عدسة ميكرون عدسة سنتيمتر، فإن عدسة وصف المعلومات اللازمة كلما زدنا 10،000 مرات. عند محاولة توسيع حجم العدسة، سيتم توسيع حجم وثائق التصميم إلى غيغا بايت أو حتى مستوى الدرجة تيرابايت ".

لحل هذه المشكلة، فقد طور الباحثون خوارزمية جديدة لضغط حجم الملفات، بحيث عدسة متوافق مع دائرة تقنيات التصنيع الحالية المتكاملة فائقة. مؤخرا، نشر في "البصريات اكسبريس

"ورقة جورنال، ووصف الباحثون تصميم فائقة عدسة وطرق تصنيع سنتيمتر في القطر أو حتى لفترة أطول.

(المصدر: مرجع [4])

(المصدر: مرجع [4])

ثم، فإن الباحثين بحاجة عدسة فائقة كبيرة مرتبطة عضلات اصطناعية، و لا يؤثر على قوتها جمع الخفيفة. في العين البشرية، والعضلات الهدبية حول العدسة، التي يمكن أن تمتد أو التعاقد مع عدسة البلورية يتغير شكله لضبط التركيز. كاباسو وفريقه مع أستاذ البحار علوم المواد، وحقول (عضلات اصطناعية) هندسة المحركات عازلة المطاط الصناعي الرائد انضم ديفيد كلارك.

وقد اختار الباحثون رقيقة وشفافة، وانخفاض الخسائر متصل المطاط الصناعي عازلة للعدسة. وهكذا، عندما تناثر الضوء من خلال المواد ستكون صغيرة. للقيام بذلك، يحتاج الباحثون إلى تطوير منصة لنقل العدسة ولصق على سطح ناعم.

وقال كلارك: "إن مختلفة أشباه الموصلات، وتقريبا كل يوم تتغير المطاط الصناعي لذا فإن التحدي هو كيفية الجمع بين خصائص لخلق نوع جديد من الأجهزة متعددة الوظائف، وخاصة كيفية تصميم وبرنامج صناعة منتصف 1960s، اخترع لأول مرة. المجهر الإلكتروني (محترفو التسويق عبر محركات). لذلك، جزءا من وظائف أدرك مع المجهر الضوئي وظائف SEM، مثل التحكم في الوقت الحقيقي للانحراف، وسوف تكون مثيرة للغاية ".

قد يتم تطبيق الجهد للسيطرة على المطاط الصناعي. عندما يكون الجسم مرنة تمتد على سطح العدسة ستغير موقف نانو أعمدة. والسيطرة على الوضع النسبي للنزوح الكلي للهيكل بين نانو أعمدة مع جيرانهم، ويمكن ضبطها على العدسة. أظهر الباحثون أيضا أن تركيز عدسة يمكن مزامنة، ومراقبة انحراف اللابؤرية وصورة الحركة الذي تسببت فيه.

سمك الكلي للعدسة والعضلات الاصطناعية هو ما مجموعه 30 ميكرون فقط. بعد ذلك، سوف يقوم الباحثون زيادة تحسين وظيفة جهاز التحكم للحد من عدسة، والجهد.

قيمة

وقال آلان قالت: "ستكون هذه الدراسة طفرة في تكنولوجيا العضلات الاصطناعية والتكنولوجيا فائقة عدسة تتضافر لخلق عدسة فائقة الانضباطي هو مثل العين البشرية، ويمكن في الوقت الحقيقي ضبط تركيز مزيد من التصميم لدينا. تصحيح انحراف ديناميكية: القدرة (على سبيل المثال، الاستجماتيزم والحركة الصورة)، والعين البشرية لا تملك هذه الميزات ولد ".

آلان وأضافت: "كل النظم البصرية (من الكاميرا إلى المجاهر والتلسكوبات) لديه عدد وافر من المكونات، التي لديها خطأ زاوية طفيف أو عن طريق الضغط الميكانيكي طفيف، وهذا يتوقف على طريقة التصنيع، والتي الحالي بيئة، والتي أيضا عادة ما يؤدي إلى كمية صغيرة من الاستجماتيزم والانحرافات الأخرى التي يمكن تصحيحها عن طريق والتكيف عنصر بصري على التكيف عدسة مستو جدا، حتى تتمكن من تصحيح هذه الانحرافات، وظائف بصرية مختلفة في واحد السيطرة على الطائرة ".

وقال كاباسو: "هذه الدراسة تظهر جدوى من تضمين زووم بصري والتركيز التلقائي، فإنه يمكن استخدامها في العديد من المجالات، مثل: كاميرا الهاتف الخليوي، والنظارات، الواقع الافتراضي وزيادته الأجهزة الواقع وعلاوة على ذلك، من المتوقع أيضا أن يتم استخدامها من أجل مستقبل البصرية. المجهر، وهذا المجهر العمل تماما إلكترونيا، ويمكن تصحيح الكثير من الانحرافات في نفس الوقت ".

وقال كاباسو: "من المتوقع هذه الدراسة إلى مشتركة اثنين من الصناعات: صناعة أشباه الموصلات، وتصنيع العدسات، ورقاقة كمبيوتر تصنيع التقنيات أيضا يمكن أن تستخدم لتصنيع سطح العنصر البصري القائم فائقة، مثل عدسة".

الكلمة

سوبر العدسات، ويتعلق بما وارء وأشباه الموصلات والبصرية

المواد المرجعية

[1] https://www.seas.harvard.edu/news/2018/02/researchers-combine-metalens-with-artificial-muscle

[2] 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

[3] آلان قالت: شويان تشانغ، صموئيل شيان، ديفيد R. كلارك وفيديريكو كاباسو. metalenses التكيف مع التحكم الكهربائية في وقت واحد من البعد البؤري، الاستجماتيزم، والتحول . التقدم العلوم، 2018 (4)؛ (2): eaa9957 دوى: 10.1126 / sciadv.aap9957

[4] آلان قالت: شويان تشانغ، صموئيل شيان، ديفيد R. كلارك، فيديريكو كاباسو. metalenses منطقة كبيرة: تصميم وتوصيف، والتصنيع الشامل . بصريات اكسبرس 2018؛ 26 (2): 1573 دوى: 10.1364 / OE.26.001573