2022-05-20
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渥太华大学的研究人员开发了一种概念，如果与金属结合，可以极大地减小透镜的尺寸，并有效地消除现代光学的尺寸。该团队研究的不是镜头元素本身，而是它们之间的空间。
研究人员解释说，过去几个世纪的光学工作依赖于完善和组合透镜来更好地控制光学性能。在此基础上，相对较新的纳米技术已经允许金属的发展，有能力大幅度缩小光学。
但是，光学元件间空间的要求是金属发展中尚未解决的问题。无论一个透镜能变得多小，它仍然依赖空间来产生图像。这种空间将永远是微型化的障碍，除非直接加以解决。
正如研究论文摘要中所描述的，研究人员通过提出光学“空间板”的概念并在实验中演示，针对性地解决了空间问题。
“……一种能有效传播光的距离比平板厚度长得多的光学器件。”这种光学系统将缩小未来的成像系统，为超薄单片相机的开发开辟了可能。更广泛地说，空间板可以用于微型化重要设备，从而隐式地操纵光的空间轮廓，例如太阳聚光器、光源准直器、集成光学组件和光谱仪。”
该团队由Robert Boyd团队的高级博士后Orad Reshef博士和加拿大量子光子学研究主席、渥太华大学物理系副教授Jeff Lundeen博士领导他在接受《物理》杂志采访时解释说，团队想要解决光在光学元件之间扩散的问题，并解决透镜元件无法解决的问题。
在一次采访中，瑞谢夫博士说，光在传播时自然会扩散，目前使用的所有光学设备都依赖这种扩散来工作。他举了一个例子，望远镜或相机的目镜和物镜之间有很大的间隙:两者都依赖于这个距离，为了正常工作而扩展。
但这个差距,和其他差距在镜头的设计,占用了大量的空间,和他的团队研发出一种他们称为“spaceplate”能够同样的光的传播和压缩成“同行”镜头,让整个成像系统获得显著较小的结果。
“我们考虑过，如果你根据光线的角度而不是光线的位置来操纵光线，会发生什么，”伦迪恩博士对《物理学》杂志说。“透镜通过光线的位置起作用。角度是一个全新的领域，没有人证明它可以用来做一些特别有用的东西。我们确定了一个有用的应用，压缩空间。然后我们展示了我们可以设计并通过实验证明平板确实可以做到这一点。”
瑞谢夫博士说，这项技术的发展理论上可以让镜头制造商缩小所有以前认为不可能缩小的大型设备。
“为了设计它，我们需要想出一套与镜头设计不兼容的新规则。没人知道它们是什么，就像蛮荒的西部一样。”“令人惊讶的是，像透镜这样的光学元素已经存在了上千年，它们的设计规则也已经被人们理解了400多年，但我们仍然在发现用于成像的这种基本的新光学元素。”
空间板可以与金属一起工作，以显著减小光学的尺寸，例如图形，镜头看起来与相机的传感器齐平。
研究人员表示，他们目前正致力于开发下一代技术，以提高压缩系数和提高整体性能。
“我们已经有一些设计将压缩系数从5倍提高到100倍以上，并提高了总传动量。为了继续这样做，我们需要提出一个全新的设计范式，”Lundeen博士说。
虽然金属材料有可能完全消除现代智能手机中的摄像头碰撞，但结合金属材料技术的空间板有可能完全消除现代镜头。这可能是光学科学领域的革命性发展，完整的研究报告可以在这里阅读。
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