Научная статья, опубликованная в журнале Science Magazine, возможно, знакомит нас с будущим оптических технологий. И в этом будущем фигурируют объективы тоньше человеческого волоса.
Хотя за последние десятилетия и даже столетия конструкции объективов изменялись, разрабатывались новые оптические схемы и применялись различные покрытия, по сути сами оптические элементы изменялись мало. Теперь же появилось нечто принципиально новое – плоские, крошечные линзы из метаматериала.
Википедия поясняет, что термином «метаматериалы» называют композиционные материалы, свойства которых обусловлены не столько свойствами составляющих его элементов, сколько искусственно созданной периодической структурой. Они представляют собой искусственно сформированные и особым образом структурированные среды, обладающие электромагнитными или акустическими свойствами, не встречающимися в природе.
Физика, стоящая за принципами работы оптических элементов из метаматериала, весьма сложна, однако следующее двухминутное видео, опубликованное журналом Science Magazine, пытается объяснить базовые принципы на доступном большинству землян языке:
Вместо кусков стекла с искривленными поверхностями, каковыми по сути являются обычные оптические элементы, мы имеем слой прозрачного кварца толщиной менее человеческого волоса. Он покрыт миллионами крошечных столбиков из диоксида титана. Эти столбики, или «башни», сгруппированы в определенные структурные группы. Когда на них падает свет, они как бы «нарезают его ломтиками», могут преломлять и фокусировать. Каждая отдельная группа таких столбиков фокусирует свет определенной длины волны (проще говоря, определенного цвета).
По существу, столбики проделывают с падающим светом то же, что и обычные стеклянные линзы, только без всего того стеклянного массива, что составляет основу последних. Вместо объемного материала имеем как бы срез поверхности, выполняющий нужные функции. «Я считаю, что эта технология изменит все правила игры», сообщил Федерико Капассо (Federico Capasso), профессор Гарвардского университета и старший автор статьи.
Особенно впечатляет, что технология находится не на стадии идеи, а уже реально существует в изделиях и, по заявлению Федерико Капассо, дает потрясающие результаты. «Качество изображения, получаемого нами, выше, чем у самых лучших из объективов на традиционных линзах».
Еще одна причина восхититься технологией «металинз» – помимо крошечных размеров и повышения качества – тот факт, что их можно легко запустить в массовое производство. «Поскольку наши линзы плоские, их можно производить на тех же заводах, которые выпускают компьютерные микросхемы», говорит Капассо. «Заводы, производящие интегральные схемы, могут запросто переключиться на изготовление наших линз».
В последние годы мы видим существенный прогресс в области светочувствительных матриц, процессоров обработки изображения, ЖК-экранов и электронных видоискателей. Разработчики последовательно уменьшают их размеры (где это нужно) и повышают качество. Похоже, теперь и в области оптики может произойти революция.
