Nye flydende krystal metalens tilbyder elektrisk zoom

Forskere fra Cornell University's School of Applied and Engineering Physics og Samsungs Advanced Institute of Technology har skabt en første af sin slags metalens - en metamateriallinse - der kan fokuseres ved hjælp af spænding i stedet for mekanisk at flytte dens komponenter.

proof of concept åbner døren til en række kompakte varifokale linser til mulig brug i mange billedbehandlingsapplikationer såsom satellitter, teleskoper og mikroskoper, som traditionelt fokuserer lys ved hjælp af buede linser, der justerer ved hjælp af mekaniske dele. I nogle applikationer, flytning af traditionelle glas- eller plastiklinser for at variere brændvidden er simpelthen ikke praktisk på grund af plads, vægt eller størrelse overvejelser.

Metalenses er flade arrays af nano-antenner eller resonatorer, mindre end en mikron tyk, der fungerer som fokuseringsenheder. Men indtil nu, engang en metalens blev fremstillet, dens brændvidde var svær at ændre, ifølge Melissa Bosch, ph.d.-studerende og førsteforfatter til et papir, der beskriver forskningen i American Chemical Societys tidsskrift Nano bogstaver .

Innovationen, udviklet i samarbejde mellem Samsung og Cornell-forskere, involveret sammensmeltning af en metalens med den veletablerede teknologi med flydende krystaller for at skræddersy metalens lokale faserespons. Dette gjorde det muligt for forskerne at variere metalens fokus på en kontrolleret måde ved at variere spændingen påført over enheden.

"Denne kombination fungerede, som vi håbede og forudsagde, at den ville, sagde Bosch, der arbejder i Gennady Shvets' laboratorium, professor i anvendt og teknisk fysik og seniorforfatter af papiret. "Det resulterede i en ultratynd, elektrisk indstilleligt objektiv, der er i stand til kontinuerlig zoom og op til 20 % total brændviddeforskydning."

Samsung-forskere håber på at udvikle teknologien til brug i augmented reality-briller, ifølge Bosch. Hun ser mange andre mulige anvendelser såsom at erstatte de optiske linser på satellitter, rumfartøj, droner, nattesynsbriller, endoskoper og andre applikationer, hvor pladsbesparelse og vægt er prioriteret.

Maxim Shcherbakov, postdoc associeret i Shvets lab og tilsvarende forfatter til papiret, sagde, at forskere har gjort fremskridt med at gifte flydende krystaller til nanostrukturer i det sidste årti, men ingen havde brugt denne idé på linser. Nu planlægger gruppen at fortsætte projektet og forbedre prototypens muligheder.

"For eksempel, Shcherbakov sagde, "denne linse arbejder ved en enkelt bølgelængde, rød, men det vil være meget mere nyttigt, når det kan fungere på tværs af farvespektret – rød, grøn, blå."

Cornell-forskningsgruppen er nu ved at udvikle en multibølgelængde varifokal version af metalens med udgangspunkt i den eksisterende platform.

"Optimeringsproceduren for andre bølgelængder ligner meget den for rød. På nogle måder, det sværeste skridt er allerede afsluttet, så nu er det bare et spørgsmål om at bygge videre på det allerede udførte arbejde, " sagde Bosch.