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新的光学元件可能会导致像纸一样薄的相机和望远镜

你能想象有一天会使用像一张纸一样薄的望远镜,或者更小更轻的高性能相机吗?或者你的智能手机后面不再有那个摄像头?

在发表在一篇论文中 自然通讯渥太华大学的研究人员提出了一种新的光学元件,可以通过显着缩小光学设备将这些想法变为现实,从而可能影响我们生活中的许多应用。

为了了解有关该项目的更多信息,我们与主要作者、罗伯特博伊德集团的高级博士后研究员 Orad Reshef 博士和研究负责人、加拿大量子光子学研究主席、该系副教授 Jeff Lundeen 博士进行了交谈渥太华大学物理学博士,伦登实验室负责人。

你能描述一下你的团队开发的新光学元件,太空板吗?

奥拉德·雷舍夫: “光在传播过程中自然会“散开”,我们所知道的每一个光学设备都依赖于这种散布;没有它我们就不知道如何设计相机。例如,在每个望远镜中,目镜和目镜之间都有很大的间隙。物镜给光线传播的空间。

“空间板模拟了光在小型设备中传播很远距离时所经历的相同传播。就照明而言,空间板看起来比它占据的“更多空间”。在某种程度上,空间板是镜头的对应物,做事镜头无法缩小整个成像系统。

“我们在论文中引入了空间板的想法,通过实验证明了它并表明它与我们用来看到的可见光谱中的宽带光兼容。”

杰夫·伦丁: “我们考虑过如果你根据角度而不是光线的位置来操纵光线会发生什么。镜头通过光线的位置起作用。角度是一个全新的领域,没有人证明它可以用于使一些特别有用的东西。我们确定了一个有用的应用程序,压缩空间。然后我们证明我们可以实际设计并通过实验证明完全可以做到这一点的板。”

奥拉德·雷舍夫: “这是令人兴奋的,因为这个设备可以让我们缩小我们认为不可能在光学中小型化的各种非常大的设备。为了设计它,我们需要提出一套与它不兼容的新规则用于镜头设计。没人知道它们是什么,就像狂野的西部。”

你是怎么想出这个主意的?

杰夫·伦丁: “Orad Reshef 是使用纳米技术根据光线的位置(例如超透镜或更一般的超表面)操纵光线的专家。我们随便讨论了用这些超表面操纵光线的局限性,我说根据角度来操纵光线会很酷。”

“Reshef 博士立即确信他可以设计和制造一些可以做到这一点的东西,我随后得出结论,最简单的目标是替换传播(即传播)所需的空间。”

“在接下来的几个月里,在与 Boyd 博士和 Reshef 博士的讨论中,我们慢慢意识到这样一个设备会有多么神奇和有用。Reshef 博士和我都提出了可行且完全不同的设计,表明有很多方法可以创建这样的设备。我们在论文中研究了三种,但未来还会有更多。”

如何使用这项技术?太空舱在我们日常生活中有哪些应用?

奥拉德·雷舍夫: “空间板可用于使许多光学系统小型化,无论是显示器还是传感器。例如,先进的空间板可以实现纸一样薄的望远镜或相机;它可以用来去除背面的“相机凸起”你的智能手机。”

杰夫·伦丁: “人们拖着带有巨大长焦镜头的大型相机。如果我们能够充分提高空间板的性能,我设想有可能制造出更小、更轻、性能更好的相机。特别是,空间板与超透镜相结合将使我们能够制作整个比方说,iPhone Max 的背面,变成一个扁平而薄的相机。它的分辨率和低光性能比那些大而重的相机高 14 倍。

“薄型和小型相机可用于各种应用,包括医疗保健,其中相机药丸或内窥镜可以看到动脉或消化系统内部。”

什么是下一步?

奥拉德·雷舍夫: “我们正在努力开发下一代这项技术。我们想尝试提高压缩系数并提高整体性能。我们已经有一些设计可以将压缩系数从 5 倍增加到 100 倍以上,并增加总传输。要继续这样做,我们需要提出一个全新的设计范式。”

有什么最后的想法吗?

奥拉德·雷舍夫: “令人惊讶的是,像镜头这样的光学元件已经存在了一千年,它们的设计规则已经被很好地理解了 400 多年,但我们仍在发现这种用于成像的基本新光学元件。”

这项研究是由 uOttawa 的两位物理学教授、加拿大量子非线性光学研究主席 Robert Boyd 和加拿大量子光子学研究主席 Jeff Lundeen 组成的两个研究小组合作完成的。作为加拿大量子光子学卓越研究主席组 (CERC) 的一部分,这两个小组密切合作,该小组由 CERC 量子非线性光学获奖者 Robert Boyd(合著者)组建。

文章 “一种替代空间的光学器件及其在超薄成像系统中的应用” 发表于 自然通讯.

来源: //www.uottawa.ca/en

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