HighTech Американские изобретатели считают, что плоские линзы, изготовленные из титановых белил, нанесенных на тончайшую основу из стекла, могут стать настоящим переворотом в оптике.
Линза, диаметр которой составляет всего 2 мм, а толщина меньше человеческого волоса, представляет собой крошечное устройство, которое может увеличивать различные нанообъекты и фокусироваться на них гораздо четче, чем объективы самых топовых научных микроскопов. Это еще один, самый свежий пример возможностей метаматериалов, свойства которых обусловлены их естественным строением.
«Я считаю, эта технология будет настоящим поворотным моментом», - говорит Федерико Капассо (Federico Capasso), профессор Гарвардского университета и автор статьи о линзах нового типа, опубликованной в журнале Science.
Эти линзы не похожи на изогнутые диски из стекла, которые нам хорошо знакомы по объективам фотокамер и биноклей. Они сделаны по другому принципу. Материалом для них служит тонкий слой прозрачного кварца, покрытый миллионами крошечных столбиков, размером всего в десятки нанометров в ширину и сотни нанометров в высоту.
Каждый взятый в отдельности столбик интенсивно взаимодействует со светом. Вместе взятые, столбики как бы «нарезают» проходящий через них световой луч и перекраивают его. Найти точную формулу, по которой можно было бы воспроизводить эффект фокусировки, создающийся с помощью обычных линз, позволят компьютерные расчеты.
По словам профессора Капассо, основное преимущество этих «металинз» состоит в том, что они лишены аберраций, то есть не дают искажений, свойственных традиционным стеклянным линзам.
«Если сравнивать качество снимков, то изображения, сделанные нашими линзами, действительно лучше, чем те, что были сняты с помощью объективов с обычными линзами. Я думаю, не будет преувеличением заявить, что мы, возможно, имеем дело с новым потенциальным переворотом в оптике».
Для проведения сравнительных тестов были выбраны самые лучшие объективы из всех имеющихся, те, что используются в исследовательских микроскопах. Их задача состоит в том, чтобы давать максимально предельное увеличение. Тесты показали, что резкость изображения, получаемого через плоские линзы, на 30% больше, чем у обычных линз. А это значит, что микроскоп с плоскими линзами будет намного эффективнее всех существующих на данный момент оптических микроскопов.
Однако эту технологию можно назвать революционной по другой причине.
"Производственный процесс, по которому изготавливаются традиционные оптические линзы, уходит своими корнями в 19 век", - говорит профессор Капассо. - "Наши линзы являются планарными, их можно изготавливать практически на том же самом оборудовании, которое используется для производства компьютерных микросхем".
Массовое производство - это ключевой фактор к удешевлению продукции. Плоские линзы тоже могут быть недорогими, если наладить их массовое производство для использования, например, в камерах сотовых телефонов. Выпуск всех остальных необходимых комплектующих уже налажен. По мнению профессора Капассо, добавить к ним производство линз нового типа - это естественное решение.
Существует много других потенциальных способов применения плоских линз. Это могут быть специализированные камеры для контроля качества продукции на промышленных предприятиях, облегченная оптика для очков и шлемов виртуальной реальности и даже контактные линзы. "Мы можем делать наши линзы на основе мягких материалов", - заверил Капассо репортеров из BBC.
Прототипы линз имеют диаметр 2 мм только по той причине, что сделать их больше не представляется возможным из-за технических ограничений оборудования, установленного в Гарвардском университете. В принципе, размер плоских линз может быть абсолютно любым.
Рабочие характеристики плоских линз зависят от расположения и компоновки столбиков. Сами столбики образованы диоксидом титана, всем известного соединения, использующегося в качестве отбеливателя. Титан прозрачен и способен преломлять свет. К тому же, он относится к разряду дешевых продуктов.
Группа исследователей начинала работать с кремнием, который хорошо зарекомендовал себя в условиях применения инфракрасного излучения. Можно использовать и другие материалы, чтобы получить линзы, работающие с ультрафиолетовыми лучами.
Свойства плоских линз, такие как, например, фокусное расстояние, можно менять путем изменения размера, частоты расположения и ориентацией столбиков по отношению к световому лучу. Точную компоновку столбиков, которая будет давать желаемый результат при преобразовании светового луча, можно высчитать с помощью компьютера.
Работа ученых продолжается. Сейчас они заняты усовершенствованием и доработкой своих первых прототипов.
Открыть счет для торговли акциями высокотехнологичных компаний