ЛЕНТА

Плоская металинза дала эффект рыбьего глаза

Shalaginov et al. / arxiv.org, 2019

Ученые из Массачусетского технологического института создали сверхширокоугольную панорамную металинзу. Поскольку ее поле зрения превышает 170 градусов, линзу можно отнести к категории «рыбий глаз», что ранее было недостижимо для однослойной метаповерхности. Изобретение рассчитано на средний инфракрасный диапазон, но доказывает практическую возможность создания однослойных металинз с широким углом зрения и для других диапазонов. Статья опубликована в ASC Nano.

«Рыбьим глазом» называют сверхширокоугольные объективы, которые позволяют получить кадры с углом обзора до 180 градусов или даже больше. Расплачиваются за такой широкий угол зрения качеством снимка: прямые линии вдали от центра кадра на нем видны как изогнутые, будто при взгляде из-под воды. Такие объективы используются там, где угол зрения важнее качества, а некоторые снимают через рыбий глаз в художественных целях.

Классические линзы используют преломление лучей между средами с разными скоростями света. Поскольку даваемое ими изображение зависит от точной формы границы этих сред, изготовление линзовых стекол — очень тонкий и трудоемкий механический процесс, который невозможно серьезно упростить. Совсем иначе работают металинзы: в них лучи изменяют траекторию не на границе сред, а под действием оптических наноантенн, встроенных в массив метаматериала. Металинзы могут быть толщиной в доли микрона, и совершенно плоскими.

Михаил Шалагинов из МIT и его коллеги изготовили металинзу, чей угол обзора превышает 170 градусов. Строго говоря, достижение эффекта рыбьего глаза не было целью работы. Главной задачей ученых было преодолеть основную проблему оптических схем с единственной металинзой — очень узкое поле зрения, ограниченное конусом с углом вершины в несколько градусов. Изображение за пределами этого угла подвергается аберрациям кома и кривизны поля, которые при удалении от центра кадра набирают такую силу, что линза перестает работать.

Для решения этой проблемы несколько наборов мета-атомов Гюйгенса из теллурида свинца расположили концентрическими кругами на субстрат из фторида кальция толщиной два миллиметра. Характеристики наборов зависели от формы мета-атомов, а также особенностей их расположения. На другой стороне субстрата расположили апертуру (отверстие для света) диаметром в миллиметр. В этом разнесении апертуры и метаповерхности заключается основное новшество: лучи, входящие в объектив под разными углами, падают на разные участки металинзы.

Слева — то, как лучи расходятся в разные участки линзы, справа — линза под микроскопом, видны ее разнородные участки

Shalaginov et al. / arxiv.org, 2019

Поделиться

Это позволяет разместить мета-атомы разного вида в таких конфигурациях, чтобы в каждой точке находился тот набор, который адаптирован для соответствующего угла падения. Таким образом, строго формально угол зрения металинзы в каждой точке остается маленьким, но это не имеет никакого практического значения, поскольку каждый набор мета-атомов отвечает за свой участок изображения. Объект под большим углом спроецируется на тот участок метаповерхности, который рассчитан на этот угол, и пройдет через оптическую систему без критических аберраций.

Тестовый образец предназначен для среднего инфракрасного диапазона, но авторы утверждают, что схему можно адаптировать для любой частоты. Как было сказано выше, рыбий глаз — не является конечной целью ученых, они стремились продемонстрировать технологию создания металинз с практически неограниченным углом обзора.

Несколькими годами ранее ученые научили металинзу работать во всем видимом диапазоне. Подробно о том, как работают метаповерхности, читайте в материале «Игры со светом».

Василий Зайцев

источник

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Кнопка «Наверх»
Do NOT follow this link or you will be banned from the site!
Установите приложение MEGANEWS на Google Play
УСТАНОВИТЬ
Закрыть
Закрыть

Обнаружен Adblock

Поддержите нас, пожалуйста, отключив блокировку рекламы.