Telefoons en drones krijgen binnenkort camera's zo dun als een haar

Wetenschappers hebben een nieuw ontwerp voor een meerlaagse metalen lens ontwikkeld dat moet leiden tot een nieuwe generatie goedkope, lichte en krachtige draagbare optische hulpmiddelen voor telefoons, drones en satellieten.

Onderzoekers hebben een ontwerp voor een meerlaagse metalen lens ontwikkeld die meerdere kleuren tegelijk kan laten samenvallen, waardoor de fundamentele beperkingen van enkellaagse lenzen worden doorbroken - Foto: Optics Express

In plaats van te vertrouwen op slechts één laag metamateriaal, stapelde het team meerdere lagen op elkaar. Daarmee werd de fundamentele beperking van metalen lenzen bij het tegelijkertijd laten convergeren van licht van verschillende golflengten overwonnen.

De op algoritmen gebaseerde methode heeft geavanceerde nanostructuren in de vorm van vier bladeren, propellers of vierkanten gecreëerd. Deze bieden een hogere efficiëntie, schaalbaarheid en onafhankelijkheid van lichtpolarisatie.

"Dit ontwerp heeft veel eigenschappen die het geschikt maken voor praktische toepassingen", aldus Joshua Jordaan, hoofdauteur van de Australian National University en het ARC Centre of Excellence for Transform Meta-Optical Systems (TMOS). "Het is eenvoudig te fabriceren dankzij de lage geometrische aspectverhouding, de lagen kunnen afzonderlijk worden gefabriceerd en vervolgens worden geassembleerd, het is polarisatieonafhankelijk en het heeft de potentie om te worden opgeschaald met behulp van bestaande halfgeleidertechnologie."

Metalen lenzen zijn slechts een fractie van de dikte van een mensenhaar, vele malen dunner dan traditionele optische lenzen. Ze kunnen brandpuntsafstanden creëren die conventionele lenzen niet kunnen bereiken.

Het team probeerde aanvankelijk meerdere golflengtes te focussen met behulp van één enkele laag, maar stuitte op fysieke beperkingen. Om te beginnen gebruikten ze meerlaagse structuren en gebruikten een invers optimalisatiealgoritme om geschikte metasurface-vormen te vinden, gebaseerd op dubbele elektromagnetische resonantie (Huygens-resonantie). Dit verhoogde de precisie en vergemakkelijkte de massaproductie.

Deze nanostructuren zijn ongeveer 300 nanometer hoog en 1000 nanometer breed, genoeg om een ​​optische fasekaart te creëren, waardoor licht in willekeurige patronen kan worden gefocust. "We kunnen zelfs verschillende golflengtes op verschillende locaties focussen om een ​​kleurenrouter te creëren", aldus Jordaan.

De meerlaagse aanpak is op dit moment echter alleen haalbaar voor maximaal ongeveer 5 golflengtes, omdat de structuur groot genoeg moet zijn voor de langste golflengte, zonder diffractie te veroorzaken bij kortere golflengtes.

Binnen die limiet gelooft het team dat metalen lenzen een grote zegen kunnen zijn voor mobiele beeldvormingssystemen. "Ons ontwerp is ideaal voor drones of aardobservatiesatellieten, omdat we hebben geprobeerd ze zo compact en licht mogelijk te maken", zegt Jordaan.

De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Optics Express .

Terug naar het onderwerp

VNA

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