无需机械运动就能操纵光线的可调节技术

  • 日期:08-08
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  智能透镜可应用于光学仪器。

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  智能透镜示意图。

  移动设备上的摄像头性能是多数终端用户密切关注的目标之一。消费者对光学图像质量的需求,以及智能手机超薄化的趋势,促使制造商们不断增加相机数量,以便为手机提供更好的变焦、曝光和人像设置功能。然而,在已经微型化的光学结构中添加额外的透镜,并使用电子设备驱动光聚焦并不像看上去那么容易。这个问题在小尺度或有限空间内会变得更加复杂。要将可调动态变焦镜头集成到毫米厚度的手机、微缩显微镜或医用内窥镜中,工程师们需要使用非常复杂的镜头。这种镜头不仅需要能处理全光谱,还需要在几毫秒内通过电子手段对其进行重塑。长久以来,一种被称为液晶空间光调制器的软材料一直是高分辨率光成型技术的首选工具。但事实证明,它们在性能、体积和成本等方面都存在局限性。

  phys.org网站报道,法国视觉研究所(Institut de la Vision)的Pascal Berto和西班牙光子科学研究所(ICFO)的Romain Quidant等在《自然?光子学》杂志展示了一种无需任何机械运动就能操纵光线的可调节技术:智能透镜(Smartlens)。在智能透镜中,电流通过优化的微米级电阻器,经局部加热改变了夹持电阻器的透明聚合物板的光学特性。

  就像海市蜃楼现象中,光线在穿过热空气时发生弯曲,从而产生遥远湖泊的错觉一样,微型电阻器制造的小型热区域也能够使光线发生偏离。只需要几毫秒,一块简单的聚合物板就能变成透镜或反透镜——微米级的小型智能透镜可以快速加热和冷却,并且能耗很低。这些小型智能透镜甚至能组成透镜阵列。研究人员表示,通过激活位于物体前面的智能透镜,即便场景色是彩色的,位于不同距离的多个物体也能在同一幅图像中聚焦。通过合理设计智能透镜的散热、光传输结构,以及使用受自然选择启发的高级算法,智能透镜有望超越简单的镜头。例如,一个设计良好的电阻器搭载到聚合物上之后,它能够快速开/关透镜,产生特定的“自由形态”,从而矫正人类视力或光学仪器中的畸变。Quidant教授评论说:“值得注意的是,智能透镜技术具有良好的经济效益和可扩展性,它在高端技术系统和简单终端成像设备中都有巨大的应用潜质。”

  该研究的成果有望为开发低成本的动态可调谐器打开新的大门,而这些器件又对现有光学系统有巨大的影响。

  科界原创

  编译:雷鑫宇

  审稿:阿淼

  责编:唐林芳

《自然?光子学》

  期刊编号:1749-4885

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