Spune-ți rămas bun de la camera ta și salută telescoapele subțiri din hârtie

Conceptul de „placă spațială” este o nouă modalitate de manipulare a luminii care ar putea duce la camere subțiri de hârtie, telescoape.

Vă puteți imagina într-o zi folosind un telescop la fel de subțire ca o foaie de hârtie sau o cameră de fotografiat performantă mult mai mică și mai ușoară? Sau nu mai aveți această cameră în spatele smartphone-ului dvs.?

Într-un articol publicat în Comunicări despre natură, cercetătorii de la Universitatea din Ottawa au propus un nou element optic care ar putea transforma aceste idei în realitate prin miniaturizarea dramatică a dispozitivelor optice, care pot afecta multe dintre aplicațiile din viața noastră.

Pentru mai multe informații despre acest proiect, am vorbit cu autorul principal, Dr. Orad Reshef, membru postdoctoral senior al grupului Robert Boyd, și dr. Jeff Lundeen, care este catedra de cercetare a canadiei în fotonica cuantică, profesor asociat în departament. de fizică la Universitatea din Ottawa și șef al laboratorului Lundeen.

Principiul de funcționare al plăcii spațiale

Principiul de funcționare al unei plăci spațiale. a, O placă spațială poate comprima o lungime de propagare a deff într-o grosime d. De exemplu, o grindă incidentă pe placa spațială la unghiul θ va apărea la același unghi și se va transforma transversal prin lungimea w (rezultând o deplasare laterală a grinzii Δx), așa cum ar fi pentru spațiul liber. b, Adăugarea unei plăci spațiale la un sistem de imagistică, cum ar fi o cameră standard (de sus), va scurta camera (centru). Un sistem de imagini monolit ultrafine poate fi format prin integrarea unui metal și a unei plăci spațiale direct într-un senzor (partea de jos). Credite: Orad Reshef și Jeff Lundeen

Puteți descrie noul element optic pe care l-a dezvoltat computerul dvs., placa spațială?

Orad Reshef: „Lumina” se răspândește în mod natural „atunci când se deplasează și toate dispozitivele optice pe care le cunoaștem se bazează pe această propagare, fără noi nu am putea proiecta camere. De exemplu, în toate telescoapele există un decalaj mare între ocular și obiectivul obiectiv de a da spațiu luminii.

„O placă spațială simulează aceeași propagare pe care ar experimenta-o lumina călătorind pe distanțe mari într-un dispozitiv mic. Pentru a ilumina, o placă spațială pare „mai mult spațiu” decât ocupă. Într-un fel, placa spațială este o contrapartidă a obiectivului, făcând lucruri pe care obiectivul nu le poate face pentru a reduce întregul sistem de imagine.

„Am introdus ideea unei plăci spațiale în hârtia noastră, demonstrând-o experimental și demonstrând că este compatibilă cu lumina în bandă largă cu spectru vizibil pe care o folosim pentru a o vedea”.

Jeff Lundeen: „Ne-am gândit la ce s-ar întâmpla dacă aș manipula lumina mai degrabă pe unghi decât pe poziția unei raze de lumină. Lentilele acționează prin poziționarea fasciculului. Unghiul este un domeniu complet nou și nimeni nu dovedise că ar putea fi folosit pentru a face ceva deosebit de util. Am identificat o aplicație utilă, care a comprimat spațiul. Și apoi am arătat că putem proiecta și demonstra experimental tablele care fac exact asta. ”

Orad Reshef: „Acest lucru este interesant, deoarece acest dispozitiv ne va permite să reducem tot felul de dispozitive foarte mari pe care credem că erau imposibil de miniaturizat în optică. Pentru a-l proiecta, trebuie să dezvoltăm un nou set de reguli care sunt incompatibile cu cele utilizate în proiectarea obiectivelor. Nimeni nu știe ce sunt, este ca vestul sălbatic ”.

Cum ai venit cu această idee?

Jeff Lundeen: „Orad Reshef este un expert în utilizarea nanotehnologiilor pentru a manipula un fascicul pe baza poziției sale (de exemplu, meta-lentile sau, mai general, meta-suprafețe). Discutam întâmplător despre limitările manipulării luminii cu aceste meta-suprafețe și am spus că ar fi minunat să manipulăm lumina pe baza unghiului său ”.

„Dr. Reshef a avut imediat încredere că ar putea proiecta și fabrica ceva care ar putea face acest lucru, iar ulterior am ajuns la concluzia că cel mai ușor obiectiv ar fi înlocuirea spațiului necesar propagării (adică propagării). “

„În următoarele câteva luni, în discuțiile cu Dr. Boyd și Dr. Reshef, ne-am dat seama încet cât de uimitor și util ar fi acest dispozitiv. Atât dr. Reshef cât și eu am venit cu modele viabile și complet diferite, care au arătat că există multe modalități de a crea acest dispozitiv. Am studiat trei în lucrarea noastră, dar sunt mai multe care vin ”.

Cum ar putea fi utilizată această tehnologie? Care sunt aplicațiile plăcii spațiale în viața noastră de zi cu zi?

Orad Reshef: „O placă spațială poate fi utilizată pentru a miniaturiza multe sisteme optice, fie un ecran, fie un senzor. De exemplu, o placă spațială avansată poate permite telescoape sau camere de hârtie subțiri; ar putea fi folosit pentru a elimina „camera foto” din spatele smartphone-ului ”.

Jeff Lundeen: „Oamenii trag fotografii mari cu teleobiective uriașe. Dacă putem îmbunătăți suficient performanța plăcii spațiale, îmi imaginez posibilitatea de a construi camere mai mici, mai ușoare, cu performanțe mult mai bune. În special, placa spațială combinată cu metalense ne-ar permite să convertim întreaga suprafață din spate a unui iPhone Max, de exemplu, într-o cameră plană, subțire. Ar avea o rezoluție de până la 14 ori mai bună și o performanță redusă la lumină decât camerele mari și grele.

„Aparatele foto subțiri și mici ar fi utile într-o mare varietate de aplicații, inclusiv asistența medicală în care pastilele pentru camere sau endoscoapele ar putea privi în interiorul arterelor sau al sistemului digestiv.”

Care sunt următorii pași?

Orad Reshef: „Lucrăm din greu pentru a dezvolta următoarea generație a acestei tehnologii. Vrem să încercăm să creștem factorul de compresie și să îmbunătățim performanța generală. Avem deja câteva modele pentru a crește factorul de compresie de la 5 la mai mult de 100 de ori și pentru a crește transmisia totală. Pentru a continua acest lucru, trebuie să ajungem la o nouă paradigmă de proiectare. ”

Ai vreun gând final?

Orad Reshef: „Este uimitor faptul că elementele optice precum obiectivele au existat de un mileniu și că regulile lor de proiectare au fost bine înțelese de peste 400 de ani și totuși descoperim încă elemente optice atât de fundamentale pentru crearea imaginii”.

Referință: „O optică pentru a înlocui spațiul și aplicația sa la sistemele de imagini ultra-subțiri” de Orad Reshef, Michael P. DelMastro, Katherine KM Bearne, Ali H. Alhulaymi, Lambert Giner, Robert W. Boyd și Jeff S Luni, iunie 10, 2021, Comunicări despre natură.
DOI: 10.1038 / s41467-021-23358-8

Această cercetare este o colaborare între două grupuri de cercetare a doi profesori de fizică din uOttawa, Robert Boyd, catedra de cercetare canadiană în optică neliniară cuantică și Jeff Lundeen, catedra de cercetare canadiană în fotonica cuantică. Cele două grupuri lucrează strâns împreună ca parte a grupului de cercetare al Catedrei canadiene de excelență în fotonica cuantică (CERC) reunit de Robert Boyd (coautor), Premiul CERC în ERCptica neliniară cuantică.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.