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Metasurfaces उन्नत ऑप्टिकल लेंस प्रदर्शन सक्षम बनाता है

Anonim

हमें आवश्यक रंगीन छवियों का निर्माण करना और प्यार करना अक्सर कई, भारी लेंस की आवश्यकता होती है ताकि प्रत्येक रंग बिल्कुल उसी विमान में केंद्रित हो। अब पेन स्टेट इंजीनियरों ने एक नया सिद्धांत विकसित किया है जो प्रकाश को सही ढंग से निर्देशित करने के लिए ढाल सूचकांक सामग्री और मेटासफेस परतों से बना एक पतली लेंस का उपयोग करके समस्या हल करता है।

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इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में सहायक शोध प्रोफेसर सायर डी कैंपबेल ने कहा, "अगर हम उच्च प्रदर्शन ऑप्टिकल सिस्टम चाहते हैं, तो हमें भौतिक फैलाव को दूर करना होगा।" "अगर हम नहीं करते हैं, तो हमें स्मेरी रंग मिलते हैं, जो छवि की गुणवत्ता में काफी कमी करते हैं।"

सिंगल अपोक्रोमैटिक लेंस - जो तीन रंग लाल, नीले और हरे रंग पर ध्यान केंद्रित करते हैं - जिनमें कम वक्रता होती है और पतले और हल्के होते हैं, सेल फोन कैमरे में सुधार कर सकते हैं और पतले सेल फोन के निर्माण की अनुमति दे सकते हैं। वे हल्का, बेहतर शरीर कैमरे, हेलमेट कैमरे, स्नाइपर स्कोप्स, थर्मल इमेजिंग डिवाइस और मानव रहित हवाई वाहन या ड्रोन भी बना सकते हैं। संक्षेप में, छवि के लिए लेंस का उपयोग करने वाली कुछ भी सरल और हल्की हो सकती है।

इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में स्नातक छात्र जोगेंदर नगर ने कहा, "आम तौर पर कई लेंस होते हैं, लेकिन इससे वजन बढ़ जाता है।" "हमारा लक्ष्य SWAP को बेहतर बनाना है - प्रदर्शन बढ़ाने के दौरान आकार और वजन कम करना।"

शोधकर्ताओं ने दो प्रौद्योगिकियों को गठबंधन करने का विचार किया: ढाल-सूचकांक (जीआरआईएन) लेंस, और मेटासुरफेस - उप-तरंग दैर्ध्य परतों के साथ अति-पतली ऑप्टिकल परतें जो वांछित तरीके से तरंगों में हेरफेर करती हैं। शोधकर्ता ऑप्टिका के वर्तमान अंक में उनके काम के परिणामों की रिपोर्ट करते हैं।

नगर ने कहा, "हमारी प्रणाली एक लेंस का उपयोग करती है।" "हम लेंस के वक्रता का उपयोग करते हैं, लेंस में सामग्री का वितरण, और मेटासुरफेस - सतह पर एक पैटर्न - लेंस पतला, हल्का बनाने के लिए, लेकिन अभी भी ठीक से ध्यान केंद्रित करते हैं।"

अधिकांश लेंस फोकल प्वाइंट को नियंत्रित करने के लिए वक्रता का उपयोग करते हैं, लेकिन तीन अलग-अलग रंगों को एक फोकल प्वाइंट पर केंद्रित करने और उच्च गुणवत्ता वाली छवि का उत्पादन करने के लिए तीन अलग पारंपरिक लेंस की आवश्यकता होती है। लेंस के अंदर भौतिक संरचना को स्थानिक रूप से बदलकर, एक जीआरआईएन लेंस पूरी तरह से दो रंगों पर ध्यान केंद्रित कर सकता है। फिर, जीआरआईएन लेंस में मेटासुरफेस जोड़कर, एक स्तरित लेंस पूरी तरह से तीनों रंगों पर ध्यान केंद्रित कर सकता है और तीन पारंपरिक लेंस का काम कर सकता है।

"लेंस में ढाल अक्षीय हो सकता है - प्रकाश प्रसार, या ऑप्टिकल धुरी की दिशा के साथ अलग-अलग हो सकता है; या रेडियल - ऑप्टिकल धुरी से बाहरी रूप से भिन्न होता है, " डगलस एच। वर्नर, जॉन एल और जेनीवीव एच। मैककेन चेयर ने कहा इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में प्रोफेसर। "या यह और अधिक जटिल हो सकता है।"

शोधकर्ताओं ने इन लेंस बनाने के लिए एक सैद्धांतिक मॉडल और सिमुलेशन फ्रेमवर्क विकसित किया।

वर्नर ने कहा, "हमें प्रयोगशाला में विशेष रूप से विकसित कुछ उन्नत उपकरण का उपयोग करना पड़ा था।" "मॉडलिंग, सिमुलेशन और ऑप्टिमाइज़ेशन के लिए उपकरण जिन्हें हमने ऐसी चुनौतीपूर्ण डिजाइन समस्या को हल करने के लिए बनाया है।"

सैद्धांतिक मॉडल जीआरआईएन लेंस में उचित सतह वक्रता और ढाल निर्दिष्ट करता है और मेटासुरफेस के लिए उचित पैटर्निंग को तीनों रंगों के सही ध्यान देने की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए निर्दिष्ट करता है। मॉडल एक साथ काम करने के लिए लेंस और मेटासुरफेस दोनों को अनुकूलित करता है।

वर्नर ने कहा, "सिद्धांत बहुत सामान्य है और शर्तों की एक विस्तृत श्रृंखला को शामिल करता है।" "फैब्रिकेशन शुरुआत में चुनौती होगी। हमें उम्मीद है कि सिद्धांत के विकास ने निर्माण को बढ़ावा दिया होगा, जिससे कम लागत और उच्च मात्रा में ऐसे लेंस का उत्पादन संभव हो जाएगा।"

रक्षा उन्नत अनुसंधान परियोजना एजेंसी ने इस काम का समर्थन किया।

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कहानी स्रोत:

पेन स्टेट द्वारा प्रदान की जाने वाली सामग्री। नोट: सामग्री शैली और लंबाई के लिए संपादित किया जा सकता है।


जर्नल संदर्भ :

  1. जे। नगर, एसडी कैंपबेल, डीएच वर्नर। Apochromatic सिंगल मेटासुरफेस-उन्नत जीआरआईएन लेंस द्वारा सक्षमऑप्टिका, 2018; 5 (2): 99 डीओआई: 10.1364 / OPTICA.5.000099