新型光学元件来了：可使复合透镜和望远镜的外形小到能放入口袋
- 2021/6/15 16:05:22 13394
- 来源：贤集网
【仪表网 仪表研发】近日，安大略省渥太华，渥太华大学的 Orad Reshef 和 Jeff Lundeen 开发了一种新型光学元件，使复合透镜和望远镜的外形小到可以放入口袋，被称为空间板，它的功能是模拟聚焦图像所需的空白空间——这意味着有一天摄影师将能够在不拖着长筒长焦镜头的情况下拍摄远处物体的照片。
太空板是一种光学元件，可以在超过其厚度的距离内传播光。从光束的角度来看，穿过空间板后，它就像穿过了一个较厚的空间区域。
间隔板的工作原理(a)。间隔板可以将传播长度d eff压缩成厚度d。例如，以角度 θ 入射到空间板上的光束将以相同的角度出现并横向平移长度 w(导致横向光束位移 Δx)，就像自由空间 (b) 的d eff 一样。向成像系统(例如标准相机(顶部))添加隔板会缩短相机(中)。超薄单片成像系统可以通过将超透镜和空间板直接集成在传感器上(底部)来形成，由渥太华大学的 Orad Reshef 和 Jeff Lundeen 提供
在接受渥太华大学采访时，科学家们表示，这个想法的概念源于关于超表面光操纵局限性的对话。Lundeen 说根据角度操纵光线会很有趣。
Reshef 对自己设计和制造能够执行任务的组件的能力充满信心。我随后得出结论，简单的目标是更换传播所需的空间，即传播。
该团队在这个概念上工作了几个月，Reshef 和 Lundeen 展示了不同的可行设计，展示了实现目标的方法的灵活性。
由空间板执行的操作与镜头相反。 透镜传输的光线会根据其在透镜面上的位置弯曲成不同的角度；另一方面，间隔板将根据入射角横向移动光线的位置。这些响应分别称为本地响应和非本地响应。
实际上，这意味着空间板实际上不会像镜头那样形成图像，也不会引入自己的放大率，因为进入空间板的任何平行光线也会平行地离开它。然而，它所做的是缩短图像在通过镜头传输后形成所需的距离。
为了模拟空的空间，他们需要一种方法来根据光线的入射角赋予相位，从技术上讲，这种方法正在应用傅立叶光学原理。在论文中，两人在由硅和石英玻璃制成的薄膜多层堆叠中设计了这种类型的响应——类似于用于镜片抗反射涂层的材料。
这种结构具有多个内部反射，我们设计它以完全按照制造空间板所需的方式来转换光线。我们还表明，这种响应也可以通过另外两种方式获得：一种，如果双折射光轴垂直于板的侧面，则对于双折射板中的异常波(这是一种不常见的几何形状，用于在双折射板中使用双折射) )，以及两个，对于折射率低于背景介质的光学平面。
该团队解释说，该技术打破了成像系统设计中通常的权衡取舍，包括数值孔径、焦距、放大倍率以及像素的数量和大小。
因此，如果它们能够得到完善，太空板将改变各种成像设备的设计。
尽管团队正在进一步开发这项技术，但该技术仍处于起步阶段。Reshef 告诉渥太华大学，它已经设计了将压缩系数从 5 倍增加到 100 倍以上，并增加总传输量的设计。
要继续这样做，需要提出一种全新的设计范式。有许多团队正在努力开发这项技术。
目前存在一种为它们制定正确设计规则的军备竞赛。非局部光学的良好设计方法肯定会帮助我们进一步改进空间板，但也将实现许多其他新的非局部应用，例如最近也得到证明的图像边缘检测。
这项工作发表在Nature Communications 上。
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