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

Wissenschaftler haben ein neues mehrschichtiges Metalllinsendesign entwickelt, das die Entwicklung einer neuen Generation von billigen, leichten und leistungsstarken tragbaren Optiken für Handys, Drohnen und Satelliten verspricht.

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

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

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

„Dieses Design weist viele Merkmale auf, die es für praktische Anwendungen geeignet machen“, sagte Joshua Jordaan, Hauptautor von der Australian National University und dem ARC Centre of Excellence for Transform Meta-Optical Systems (TMOS). „Es ist aufgrund seines geringen geometrischen Aspektverhältnisses einfach herzustellen, die Schichten können separat gefertigt und anschließend zusammengefügt werden, es ist polarisationsunabhängig und hat das Potenzial, mit bestehender Halbleitertechnologie skaliert zu werden.“

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.

Das Team versuchte zunächst, mehrere Wellenlängen mithilfe einer einzelnen Schicht zu fokussieren, stieß dabei jedoch auf physikalische Grenzen. Daraufhin wandten sie sich Mehrschichtstrukturen zu und nutzten einen inversen Optimierungsalgorithmus, um geeignete Metasurface-Formen auf Basis der dualen elektromagnetischen Resonanz (Huygens-Resonanz) zu finden. Dies erhöhte die Präzision und vereinfachte die Massenproduktion.

Diese Nanostrukturen sind etwa 300 Nanometer hoch und 1000 Nanometer breit – ausreichend, um eine optische Phasenkarte zu erzeugen, mit der Licht in beliebige Muster fokussiert werden kann. „Wir können sogar unterschiedliche Wellenlängen an verschiedenen Stellen fokussieren, um einen Farbrouter zu realisieren“, sagte Jordaan.

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

Innerhalb dieser Grenzen ist das Team überzeugt, dass Metalllinsen einen großen Vorteil für mobile Bildgebungssysteme darstellen könnten. „Unser Design eignet sich ideal für Drohnen oder Erdbeobachtungssatelliten, da wir versucht haben, es so kompakt und leicht wie möglich zu gestalten“, sagt Jordaan.

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