Smartphones und Drohnen werden schon bald Kameras haben, die so dünn sind wie ein Haar.

Wissenschaftler haben ein neues mehrschichtiges Metalllinsendesign entwickelt, das die Entwicklung einer neuen Generation erschwinglicher, leichter und leistungsstarker mobiler Optiken für Handys, Drohnen und Satelliten verspricht.

Forscher haben eine mehrschichtige Metalllinse entwickelt, die mehrere Farben gleichzeitig fokussieren kann und damit die grundlegenden Grenzen einschichtiger Linsen überwindet. – Foto: Optics Express

Anstatt sich auf eine einzelne Schicht Metamaterial zu verlassen, stapelte das Forschungsteam mehrere Schichten übereinander und überwand so die grundlegende Einschränkung von Metalllinsen, mehrere Wellenlängen des Lichts gleichzeitig zu fokussieren.

Mit der algorithmusbasierten Methode wurden anspruchsvolle Nanostrukturen in Form von vierblättrigen Kleeblättern, Ventilatorflügeln oder Quadraten erzeugt, die eine höhere Effizienz, Skalierbarkeit und Unabhängigkeit von der Lichtpolarisation bieten.

Joshua Jordaan, Hauptautor von der Australian National University und dem ARC Centre of Excellence for Metatransformative Optics (TMOS), sagte: „Dieses Design weist viele Eigenschaften auf, die es für praktische Anwendungen prädestinieren. Dank seines niedrigen geometrischen Verhältnisses ist es einfach herzustellen, einzelne Schichten können separat gefertigt und anschließend zusammengefügt werden, es ist polarisationsunabhängig und bietet Potenzial für Skalierbarkeit mit bestehender Halbleitertechnologie.“

Metalllinsen sind nur einen Bruchteil so dick wie ein menschliches Haar und um ein Vielfaches dünner als herkömmliche optische Linsen. Sie ermöglichen Brennweiten, die mit konventionellen Linsen nicht erreichbar sind.

Zunächst versuchte das Forschungsteam, mehrere Wellenlängen mithilfe einer einzelnen Schicht zu fokussieren, stieß dabei jedoch auf physikalische Grenzen. Durch den Wechsel zu einer Mehrschichtstruktur nutzten sie einen inversen Optimierungsalgorithmus, um geeignete Hyperflächenformen auf Basis der dualen elektromagnetischen Resonanz (Huygens-Resonanz) zu finden. Dies erhöhte die Genauigkeit und ermöglichte die Massenproduktion.

Diese Nanostrukturen sind etwa 300 Nanometer hoch und 1000 Nanometer breit – ausreichend, um optische Phasenbilder zu erzeugen und Licht in beliebige Muster zu fokussieren. „Wir können sogar unterschiedliche Wellenlängen an verschiedenen Stellen bündeln, um Farbrouter zu erzeugen“, sagte Jordaan.

Allerdings ist der Mehrschichtansatz derzeit nur für maximal etwa 5 Wellenlängen realisierbar, da sichergestellt werden muss, dass die Struktur groß genug für die längste Wellenlänge ist, ohne dass es bei kürzeren Wellenlängen zu Beugung kommt.

In diesem Zusammenhang ist das Forschungsteam überzeugt, dass Metalllinsen erhebliche Vorteile für mobile Bildgebungssysteme bieten werden. Jordaan betonte: „Unser Design ist ideal für Drohnen oder Erdbeobachtungssatelliten, da wir uns bemüht haben, es so kompakt und leicht wie möglich zu gestalten.“

Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Optics Express veröffentlicht.

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VNA

Quelle: https://tuoitre.vn/dien-thoai-drone-sap-co-camera-mong-nhu-soi-toc-2025092508534341.htm