فناوری جدید لنزها، کیفیت تصویر را ارتقا می‌دهد؛ وزن و ابعاد کاهش یافت
فناوری تازه محققان می‌تواند نسل آینده گوشی‌ها و پهپاد‌ها را به دوربین‌هایی سبک‌تر و پرقدرت‌تر مجهز کند.
جهان صنعت نیوز، پژوهشگران با طراحی متالنز‌های چندلایه و چندرنگ راهکاری نوین برای تولید نسل آینده لنز‌های سبک، ارزان و پرکاربرد در دستگاه‌های اپتیکی قابل‌حمل از جمله پهپاد‌ها و گوشی‌های هوشمند ارائه کرده‌اند. این دستاورد می‌تواند محدودیت‌های لنز‌های فلزی سنتی را پشت سر گذاشته و مسیر تازه‌ای در فناوری تصویربرداری بگشاید.
به گزارش sciencedaily، این پروژه با همکاری دانشگاه ملی استرالیا (ANU)، مرکز برتری سامانه‌های متا-اپتیکی تحول‌گرا (TMOS) و دانشگاه فردریش شیلر ینا در آلمان انجام شده و نتایج آن در نشریه Optics Express منتشر شده است.
چالش متالنز‌های تک‌لایه
متالنز‌ها که تنها کسری از ضخامت یک تار مو هستند، به دلیل ظرافت و قابلیت‌های ویژه خود مورد توجه قرار گرفته‌اند. با این حال تلاش برای متمرکز کردن چند طول موج نور با استفاده از یک لایه متاسطح با محدودیت‌های فیزیکی روبه‌رو است.
جاشوا جردان نویسنده اصلی مقاله توضیح می‌دهد: حداکثر تاخیر گروهی قابل‌دستیابی در یک متاسطح تک‌لایه محدودیت‌های بنیادی دارد که مانع از پوشش‌دهی همزمان قطر فیزیکی بزرگ، عدد دیافراگم بالا و پهنای باند عملیاتی گسترده می‌شود.
به گفته او برای رسیدن به بازه طول موج مورد نظر، یا باید قطر لنز بسیار کوچک می‌شد که کارایی طرح را از بین می‌برد یا عدد دیافراگم به‌شدت پایین می‌آمد و عملاً تمرکزی روی نور صورت نمی‌گرفت. از همین رو تیم تحقیقاتی به سمت طراحی چندلایه حرکت کرد.
پیشرفت با طراحی چندلایه و الگوریتم وارون
پژوهشگران با اتخاذ یک رویکرد چندلایه و استفاده از الگوریتم طراحی وارون مبتنی بر بهینه‌سازی شکل موفق به ایجاد ساختار‌هایی شدند که در آنها رزونانس‌های همزمان الکتریکی و مغناطیسی موسوم به رزونانس‌های هوگنس پدید می‌آید.
این راهکار باعث شد تا متالنز‌ها نسبت به قطبش نور بی‌تفاوت باشند و نسبت به خطا‌های فرآیند ساخت نیز تحمل‌پذیری بیشتری داشته باشند؛ ویژگی‌ای که برای تولید صنعتی در مقیاس بزرگ ضروری است.
الگوریتم بهینه‌سازی مجموعه‌ای از عناصر متامتریالی با اشکال غیرمنتظره مانند مربع‌های گرد، شبدر چهاربرگ و پروانه‌ای ایجاد کرد. این ساختار‌های نانومتری (با ارتفاع حدود ۳۰۰ نانومتر و عرض ۱۰۰۰ نانومتر) قادرند تغییر فاز کامل از صفر تا ۲π را پوشش دهند و امکان طراحی هر الگوی کانونی دلخواه را فراهم کنند.
کاربرد‌ها و محدودیت‌ها
جردان تاکید می‌کند که این فناوری می‌تواند به عنوان مسیریاب رنگ نیز به‌کار گرفته شود و طول‌موج‌های مختلف را در مکان‌های متفاوت متمرکز کند. با این حال این روش فعلاً به تمرکز حداکثر پنج طول‌موج محدود است؛ زیرا برای طول‌موج‌های بلند نیاز به ساختار‌های بزرگ‌تر وجود دارد که ممکن است دچار پراش در طول‌موج‌های کوتاه‌تر شوند.
آینده تصویربرداری پرتابل
به گفته این محقق طراحی متالنز‌های جدید به‌ویژه برای سامانه‌های تصویربرداری پرتابل ارزشمند است: متالنز‌هایی که ساخته‌ایم به دلیل ابعاد کوچک و وزن سبک، برای پهپاد‌ها و ماهواره‌های مشاهده زمین ایده‌آل هستند. این لنزها می‌توانند نور بیشتری جمع‌آوری کنند و کیفیت تصویربرداری را در دستگاه‌های سبک ارتقا دهند.
این دستاورد گامی مهم به سوی ادغام متالنز‌های چندرنگ در نسل آینده فناوری‌های اپتیکی کاربردی از گوشی‌های هوشمند گرفته تا سامانه‌های فضایی محسوب می‌شود.
منبع: برنا
دانش و فناوریلینک کوتاه :