Rozlučte se s nárazem fotoaparátu a pozdravte papírové tenké dalekohledy

Koncept „vesmírné desky“ je nový způsob manipulace se světlem, který by mohl vést k papírovým kamerám a dalekohledům.

Dokážete si představit, že jednoho dne použijete dalekohled tenký jako list papíru nebo mnohem menší a lehčí vysoce výkonný fotoaparát? Nebo už nemáte za smartphonem náraz fotoaparátu?

V článku publikovaném v Komunikace přírodyVědci z University of Ottawa navrhli nový optický prvek, který by mohl tyto myšlenky proměnit ve skutečnost prostřednictvím dramatické miniaturizace optických zařízení, což by mohlo ovlivnit mnoho aplikací v našich životech.

Abychom se o tomto projektu dozvěděli více, mluvili jsme s hlavním autorem Dr. Orad Reshef, vedoucí postdoktor ve skupině Robert Boyd Group, a ředitel výzkumu Dr. Jeff Lundeen, kanadský výzkumný předseda v oblasti kvantové fotoniky, docent na katedře. ve fyzice na univerzitě v Ottawě a ředitel laboratoře Lundeen.

Funkční princip mezerníku

Funkční princip mezerníku. a, Mezerník může komprimovat délku šíření z deff na tloušťku d. Například paprsek dopadající na vesmírnou desku pod úhlem θ bude vystupovat pod stejným úhlem a bude příčně přemístěn o délku w (což má za následek posunutí paprsku z boku Δx), stejně jako u volného prostoru. b, Přidání distanční desky k zobrazovacímu systému, jako je standardní kamera (nahoře), zkrátí kameru (uprostřed). Ultratenký monolitický zobrazovací systém lze vytvořit integrací kovu a vesmírné desky přímo na senzor (níže). Fotografický kredit: Orad Reshef a Jeff Lundeen

Můžete popsat nový optický prvek, který váš tým vyvinul, vesmírnou desku?

Orad Reshef: „Světlo se přirozeně šíří, když se pohybuje, a každé optické zařízení, které známe, spoléhá na toto šíření; bez nich bychom nevěděli, jak navrhovat fotoaparáty. Například v každém dalekohledu je mezi okulárem a objektivem velká mezera, která umožňuje rozptyl světla.

“Vesmírná deska simuluje stejné šíření, jaké by světlo zažilo v malém zařízení na velkou vzdálenost.” Když je osvětlena, vesmírná deska vypadá jako „více místa“, než zabírá. V jistém smyslu je vesmírná deska protějškem čočky, což dělá věci, které čočka nedokáže zmenšit celé zobrazovací systémy.

„V naší práci jsme představili myšlenku vesmírné desky, demonstrovali jsme ji experimentálně a ukázali jsme, že je kompatibilní s širokopásmovým světlem ve viditelném spektru, které používáme pro vidění.“

Jeff Lundeen: „Přemýšleli jsme o tom, co by se stalo, kdybyste namísto polohy světelného paprsku manipulovali se světlem na základě úhlu. Objektivy pracují přes polohu paprsku. Úhel je zcela nová doména a nikdo neprokázal, že by se z ní dalo dělat něco zvlášť užitečného. Identifikovali jsme užitečnou aplikaci, která komprimuje prostor. A pak jsme ukázali, že můžeme skutečně navrhovat a experimentálně předvádět panely, které právě tohle dělají. “

Orad Reshef: „To je vzrušující, protože s tímto zařízením můžeme zmenšit velikost všech druhů velmi velkých zařízení, o kterých jsme si mysleli, že nebudou opticky miniaturizovatelné. Abychom to mohli navrhnout, musíme vytvořit novou sadu pravidel, která nejsou kompatibilní s pravidly používanými v designu objektivů. Nikdo neví, co to je, je to jako na divokém západě. “

Jak jste přišel k tomuto nápadu?

Jeff Lundeen: „Orad Reshef je odborníkem na používání nanotechnologií k manipulaci s paprskem na základě jeho polohy (např. Meta-čočky nebo obecně meta-povrchy). Nedbale jsme diskutovali o mezích manipulace se světlem s těmito metapovrchy a řekl jsem, že by bylo v pohodě místo toho manipulovat se světlem na základě jeho úhlu. “

„DR. Reshef byl okamžitě přesvědčen, že může navrhnout a vyrobit něco, co by mohlo, a následně jsem dospěl k závěru, že nejjednodušším cílem bude nahradit prostor potřebný pro expanzi (tj. Rozmnožování).“

“Během příštích několika měsíců, v diskusích s Dr. Boyd a Dr. Reshef si pomalu uvědomoval, jaké úžasné a užitečné bude takové zařízení. Oba Dr. S Reshefem jsme přišli s proveditelnými a zcela odlišnými designy, které ukázaly, že existuje mnoho způsobů, jak takové zařízení vytvořit. V naší práci jsme zkoumali tři, ale čekají nás ještě další. “

Jak by mohla být tato technologie použita? Jaká jsou použití vesmírné desky v našem každodenním životě?

Orad Reshef: „Díky vesmírné desce lze miniaturizovat mnoho optických systémů, ať už jde o displej nebo senzor. Pokročilá kosmická deska může například umožňovat tenko dalekohledy nebo fotoaparáty tenké jako plátky; Lze jej použít k odstranění „nerovnosti fotoaparátu“ na zadní straně smartphonu. “

Jeff Lundeen: „Lidé se pohybují kolem velkých fotoaparátů s obrovskými teleobjektivy. Pokud dokážeme dostatečně zlepšit výkon vesmírné desky, představuji si možnost výroby menších a lehčích kamer s mnohem lepším výkonem. Zejména mezerník v kombinaci s Metalenses by nám umožnil transformovat například celou zadní část iPhonu Max na plochý a tenký fotoaparát. Měl by až 14krát lepší rozlišení a výkon při slabém osvětlení než tyto velké a těžké fotoaparáty.

„Tenké a malé fotoaparáty by byly užitečné v různých aplikacích, včetně zdravotnictví, kde by pilulky na fotoaparát nebo endoskopy mohly sledovat tepny nebo trávicí systém.“

Jaké jsou další kroky?

Orad Reshef: „Usilovně pracujeme na vývoji nové generace této technologie. Chceme se pokusit zvýšit faktor komprese a zlepšit celkový výkon. Již máme nějaké návrhy, jak zvýšit kompresní faktor z 5 na více než 100 a zvýšit celkový přenos. Abychom v tom mohli pokračovat, musíme vyvinout zcela nové paradigma designu. “

Nějaké poslední myšlenky?

Orad Reshef: „Je překvapivé, že optické prvky, jako jsou čočky, existují již tisíciletí a jejich konstrukční pravidla jsou dobře známa již více než 400 let, a přesto stále objevujeme takové zásadně nové optické prvky pro zobrazování.“

Odkaz: „Vesmírná náhradní optika a její aplikace na ultratenké zobrazovací systémy“, autor: Orad Reshef, Michael P. DelMastro, Katherine KM Bearne, Ali H. Alhulaymi, Lambert Giner, Robert W. Boyd a Jeff S. Lundeen, červen 10 2021, Komunikace přírody.
DOI: 10.1038 / s41467-021-23358-8

Tento výzkum je spoluprací mezi dvěma výzkumnými skupinami dvou profesorů fyziky na uOttawě, Robert Boyd, Canada Research Chair v nelineární kvantové optice, a Jeff Lundeen, Canada Research Chair v Quantum Photonics. Obě skupiny úzce spolupracují v rámci Canada Excellence Research Chair Group in Quantum Photonics (CERC), kterou sestavil Robert Boyd (spoluautor), laureát CERC v Quantum Nonlinear Optics.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Nástroj Nový nástroj určený k podpoře vývoje a vývoje automobilových vozidel

Schematický vnitřní provoz elektrod v palivovém článku և kapacita základních parametrů. Půjčka:Heinz a kol., 2021: Široké používání tradičních vozidel na vodíkový pohon nad tradičními...

Identifikace velmi počátečních kroků, které vedou k rozvoji rakoviny

Konfokální mikrofotografie tenkého střeva myši pomocí technologie Red2Onco. S Red2Onco můžete označit onkogenní mutantní klony (červené klony) a běžné nebo divoké klony (žluté...

Neandertálci a raná moderní lidská kultura koexistovali vedle starších tradic již více než 100 000 let

Výzkum Fakulty antropologie a ochrany na University of Kent zjistil, že jedna z prvních kultur kamenných nástrojů známá jako Acheulean trvala pravděpodobně o desítky...

Snadná věda: co jsou sterilní neutrina?

Sterilní neutrina jsou speciální typ neutrin, který byl navržen k vysvětlení některých neočekávaných experimentálních výsledků, ale nakonec nebyl objeven. Vědci je hledají v...

Newsletter

Subscribe to stay updated.