Ljudje že več kot 500 let obvladujejo umetnost usmerjanja svetlobe tako, da steklo oblikujejo v leče, nato pa te leče upognejo ali združijo, da ojačijo in razjasnijo slike iz bližine ali od daleč.
Toda v zadnjem obdobju, recimo v preteklem desetletju, je skupina, ki jo je vodil znanstvenik Federico Capasso z univerze Harvard, začela preoblikovati področje optike z inženiringom ravnih optičnih meta-površin, pri čemer je uporabila niz, sestavljen iz milijonov drobnih mikroskopsko tankih in prozornih kremenčevih stebričkov za difrakcijo in oblikovanje pretoka svetlobe na enak način, kot to dosežemo s stekleno lečo, vendar brez odstopanj, ki sicer po naravi omejujejo steklo.
Svetovni ekonomski forum (WEF) je leta 2019 to tehnologijo uvrstil med 10 najboljših nastajajočih tehnologij in pripomnil, da se bodo te čedalje manjše in jasnejše leče kmalu začele pojavljati v kamerah telefonov, senzorjih, optičnih vlaknih in medicinskih slikovnih napravah, kot so na primer endoskopi.
“Zmanjševanje leč, ki jih uporabljajo mobilni telefoni, računalniki in druge elektronske naprave, presega zmogljivosti tradicionalnih tehnik rezanja in upogibanja stekla,” dodaja WEF v svoji izjavi. “… Te drobne, tanke, ravne leče lahko nadomestijo obstoječe steklene leče in omogočajo nadaljnjo miniaturizacijo senzorjev in medicinskih naprav za slikanje.”
Izdelava nastavljivih meta-leč
Zdaj pa je profesor fizike z univerze Case Western Reserve Giuseppe Strangi skupaj s sodelavci na Harvardu naredil nov korak k temu, da bi te “meta-leče” naredili še bolj uporabne s tem, da so jih naredili ponovno nastavljive.
To so storili tako, da so uporabili sile v nano velikostih, s čimer so se infiltrirali v tekoče kristale med temi mikroskopskimi stebri, to pa jim je omogočilo, da oblikujejo in razpršijo svetlobo na povsem nove načine – “prilagodijo” fokusno moč, je dejal Strangi.
Tekoči kristali so še posebej uporabni, saj se z njimi lahko manipulira toplotno, električno, magnetno ali optično, kar ustvarja velik potencial za prilagodljive ali nastavljive leče.
“Verjamemo, da to vodi k nekakšni revoluciji klasične optike, kakršno poznamo že od 16. stoletja,” je dejal Strangi, čigar laboratorij za nanoplazme pri Case Western Reserve med drugim raziskuje tudi “ekstremno optiko” in “interakcijo svetlobe in materije na nanometerskem nivoju”.
Do nedavnega je veljalo, da je lahko steklena leča, oblikovana v togo krivuljo, svetlobo uklanjala le na en način, razen če je bila kombinirana z drugimi lečami ali fizično premaknjena, je dejal Strangi.
Meta-leče so to spremenile, saj omogočajo oblikovanje valovnega polja z nadzorom faze, amplitude in polarizacije svetlobe.
Zdaj so z upravljanjem tekočih kristalov raziskovalci lahko prenesli ta novi razred meta-leč v nova znanstvena in tehnološka prizadevanja, da bi ustvarili nastavljivo strukturirano svetlobo.
“To je šele prvi korak, saj obstajajo najrazličnejše možnosti uporabe teh leč, zato smo že vzpostavili stik s podjetji, ki jih ta tehnologija zanima,” je dejal Strangi. Listino o tem tehnološkem preboju je v začetku avgusta objavil Zbornik Nacionalne akademije znanosti.
Strangi je sodeloval s še več drugimi raziskovalci v ZDA in Evropi, vključno s kolegoma raziskovalcem Case Western Reserve Andrewom Liningerjem in Jonathanom Boydom; z Giovanno Palermo z Universita ‘della Calabria v Italiji; ter Capasso, Alexandrom Zhu-jem in Joon-Suh Parkom iz John A. Paulsonove šole za inženiring in uporabno znanost na univerzi Harvard. Lininger je dejal, da je težava pri trenutnih aplikacijah meta površin ta, da je njihova oblika fiksirana že ob izdelavi, vendar je “mogoče te omejitve premagati z omogočanjem rekonfiguracije v meta površini.”
Capasso, ki je bil pionir na področju raziskovanja ravne optike in je leta 2014 prvič objavil raziskave o meta-lečah, je Strangiju priznal revolucionarno in izvirno zamisel, da bi se infiltriral v meta-leče s tekočimi kristali in dejal, da je ta inovacija nov korak k še večjim stvarem.
“Naša sposobnost ponovne infiltracije tekočih kristalov v najsodobnejše meta-leče, ki so izdelane iz več kot 150 milijonov steklenih stebričkov s premerom v razredu nanometra in bistveno spreminjanje njihovih fokusnih lastnosti je del navdušujoče znanosti in tehnologije, za kateri pričakujemo, da bosta nastali iz te nove nastavljive ploščate optike v prihodnosti, ” je dejal Capasso.
Vir:
https://phys.org/news/2020-08-lens-world-metalens-liquid-crystal.html
Članek Case Western Reserve University
https://phys.org/
