Мы уже писали, что ученые Гарвардского университета создали плоскую линзу на основе кварца и отбеливателя краски. Этот новый материал, со временем должен заменить стекло. Но они не останавливаются на достигнутом и продолжают изучать возможности металинз (metalenses) — крошечных элементов из перспективного и необычного кварцевого метаматериала.
До сегодняшнего момента линзы могли работать только с одним цветом за раз, но ученые создали экземпляр, функционирующий в непрерывном диапазоне. Это существенный шаг к практической реализации идеи металинз — использованию технологии для уменьшения размеров объектива и в целом DSLR-камеры. Миниатюрные, размером с зернышко, линзы постепенно приближаются качество снимков к тому, которое получается с громоздкой и тяжелой традиционной техникой.
Исследования в университетском подразделении инженерно-прикладных наук еще идут, но уже сейчас возможности метаматериала стремительно расширяются.
Материал состоит из золотой подложки с вырезами под титановые электроды, на которую нанесен оксид ванадия слоем не больше 200 нанометров. Электроизоляцию обеспечивает промежуточная кремниевая пластина. В результате работы получают элементы, которые тоньше обычного стекла в 100 000 и более раз и могут фокусировать свет в видимой области спектра. В металинзах использована двуокись титана, направляющая лучи. Это позволяет обойтись без дополнительных изогнутых слоев стекла для корректировки хроматических аберраций, которые появляются у традиционных моделей.
Инженеры спроектировали металинзы с обратной хроматической дисперсией, демонстрируя эффектное преодоление ограничений, накладываемых стандартными оптическими методами. Изменяя форму, размер и высоту наночастиц можно концентрировать длину волны от 490 нм до 550 нм или от синего до зеленого. Ученым открываются перспективы к созданию плоских объективов в любой технике для съемки, от стандартного смартфона до зеркалки, без потери качества конечного результата.
Расширение возможностей перспективной нанотехнологии
Камеры DSLR дорогие, тяжелые и довольно неудобные, давно стали «узким местом» в работе профессиональных фотографов. Высокое качество снимков обеспечивают точная механика, сложная оптика, множество поверхностей, меняющих форму световых лучей, линз, компенсирующих сферическую аберрацию. Однако, они же становятся препятствием при сокращении размеров техники.
Разработанные гарвардскими специалистами металинзы — устройства диаметром около 2 мм, а стоимость производства их в 2-3 раза меньше, чем обработка просветленного стекла. У пластин со структурами из диоксида титана аберрации нет в принципе, но есть проблема диапазона в видимом спектре. Именно ее решают ученые, расширяя характеристики — металинзы уже охватывают фиолетово-синюю, желто-зеленую и красную части (405, 532, 660 нанометров). Также разработаны теоретические основы увеличения резкости «картинки».
Практическая польза от технологии не вызывает сомнений — с ее помощью можно оптимизировать и удешевить производство точных лазерных микроскопов и телескопов, контактных линз. Также она открывает новые перспективы в томографии и спектроскопии. Фотографам она интересна из-за того, что с помощью миниатюрных металинз, теряющих лишь 1-2% светового потока, когда-нибудь можно будет уменьшить объектив до размеров кредитной карты. Снизится и стоимость камер (в том числе, в смартфонах и планшетах) — но для этого нужно преодолеть проблему качества изображения во всем видимом спектральном диапазоне.
Хочется пожелать удачи ученым из Гарварда. Будем надеяться на впечатляющие результаты их работы.