Нов вид обектив променя фокуса без движещи се части

“Металеща” сменя фокусното си разстояние под въздействието на топлина, без движещи се части
(снимка: MIT)

Съвременните обективи за приближение работят чудесно, но отворете един и ще се ужасите – вътре ви очаква сложна система от микромеханични устройства, с 20 или повече полирани стъклени елемента, които се движат в различни посоки с различни темпове, докато въртите пръстените. Фактът, че тези неща продължават да работят след години на интензивна употреба, макар да биват удряни в мебели, излагани на дъжд, прах и различни температури, е блестящо свидетелство за гениите, които ги разработват.

Но една нова разработка на екипа по материалознание в MIT може да фокусира светлината бързо и точно, използвайки прозрачен материал с променлива фаза, при който не се налага нищо да се движи. Вместо това тази „ултратънка регулируема мета-леща“ пренарежда атомната си структура под въздействието на топлина.

Въпросният материал е нов прочит на комбинацията от германий, антимон и телур – комбинация, използвана в презаписваемите компактдискове и DVD дискове. При тези приложения се използва лазерна топлина за „превключване“ на материала между състояния на прозрачност и непрозрачност. Но екипът на MIT е добавил селен към сместа и е установил, че под въздействието на топлина атомната структура „се измества от аморфна, произволна плетеница от атоми към по-подредена, кристална структура“, променяйки силата на пречупване, без да променя прозрачността си.

Метаобективът има малки, прецизно подредени структури, гравирани на повърхността му, които могат да бъдат проектирани да пречупват или отразяват светлината по определени начини. Когато материалът се нагрява, оптичните му свойства се променят.

В конфигурацията, която екипът е прототипирал, метаобективът фокусира инфрачервената светлина върху близка точка при стайна температура и след това премества фокусната си точка по-далеч под въздействието на топлина.

Екипът е изпробвал метаобектива, като го поставил на статив и го осветил с лазерен лъч, излъчващ светлина в инфрачервения спектър. Изследователите поставили две прозрачни диаграми пред него на различни разстояния и установили, че устройството е в състояние да възпроизведе рязко изображение на по-близката диаграма при стайна температура и също толкова остро изображение на по-отдалечената диаграма след нагряване.

„Резултатът ни показва, че нашата ултратънка регулируема леща без движещи се части може да постигне ясни изображения без аберации на припокриващи се обекти, разположени на различни дълбочини, съперничейки на традиционните, обемисти оптични системи“, казва Тиан Гу, учен от лабораторията за изследвания на материалите на MIT.

Екипът вярва, че обектив с подобна система може да бъде произведен относително лесно с интегрирани микронагреватели, които биха могли „бързо да загряват материала с кратки милисекундни импулси“, настройвайки температурата точно, за да позволят фокусна настройка за редица междинни състояния между минимално и максимално фокусно разстояние.

Направеният инфрачервен прототип, казва екипът, може да бъде полезен за приложения като ултракомпактни термокамери и незабележими очила за нощно виждане. По-нататъшното развитие, според учените, може да даде възможност за направата на ултра-компактни обективи за увеличение за смартфони без движещи се части.