Permukaan metas aktif, yang sifat optiknya dapat disesuaikan setelah fabrikasi, telah menjadi bidang yang diminati dalam beberapa tahun terakhir. Namun, upaya hingga saat ini masih menghadapi keterbatasan kinerja yang parah dalam rentang penyetelan, kualitas optik, dan efisiensi, terutama untuk perangkat non-mekanis.
Para insinyur di Institut Teknologi Massachusetts telah mengembangkan "lensa logam" adaptif yang dapat memberikan pemfokusan lensa kamera, mikroskop, teleskop, dan sistem pencitraan lainnya secara lebih efisien tanpa menggunakan mekanisme penggerak besar.
Kaca transparan dengan dua permukaan poles pembias cahaya telah menjadi dasar kebanyakan sistem optik selama berabad-abad. Tingkat cekung atau cembung permukaan lensa memungkinkan Anda untuk melihat semua jenis objek, dari sel yang sangat kecil hingga galaksi yang jauh dan jauh. Namun, untuk mendapatkan gambar yang jelas dari objek dalam skala apa pun, seseorang harus menggunakan gerakan fisik lensa menggunakan mekanisme tambahan yang memakan banyak ruang dan membuat perangkat lebih berat, baik itu kamera, mikroskop, atau teleskop.
Para peneliti mengukir permukaan material dengan struktur kecil berpola tepat yang bekerja bersama sebagai permukaan metas, membiaskan atau memantulkan cahaya dengan cara yang unik. Ketika sifat material berubah, fungsi optik dari permukaan metas juga berubah. Dalam hal ini, ketika material berada pada suhu kamar, metasurface memfokuskan cahaya untuk membuat gambar objek yang jelas pada jarak tertentu. Setelah memanaskan material, struktur atomnya berubah, dan sebagai tanggapan, permukaan metasurvei mengarahkan cahaya untuk fokus pada objek yang lebih jauh.
Dengan demikian, lensa logam aktif baru dapat menyesuaikan fokus tanpa memerlukan elemen mekanis yang besar. Desain baru, yang saat ini memungkinkan pencitraan inframerah, dapat memungkinkan perangkat optik yang lebih fleksibel seperti kamera termal miniatur untuk drone, kamera termal ultra-ringkas untuk ponsel, dan kacamata penglihatan malam profil rendah.
Transisi fase
Lensa baru ini dibuat dari bahan pemindah fase yang dibuat oleh tim dengan menyesuaikan bahan yang biasa digunakan dalam CD dan DVD yang dapat ditulis ulang. Disebut GST, ia terdiri dari germanium, antimon, dan telurium, dan struktur internalnya berubah dari kristal menjadi amorf, dari transparan menjadi buram saat dipanaskan oleh pulsa laser. Transisi fase inilah yang memungkinkan terciptanya media perekam optik yang dapat dibalik. Mekanisme ini memungkinkan Anda untuk menulis, menghapus, dan menimpa data yang disimpan di CD.
Perubahan panjang fokus dalam bentuk amorf dan kristal material
Para insinyur kemudian menambahkan selenium ke struktur GST, menghasilkan GSST. Dalam versi yang diperbarui, transisi fase juga memengaruhi interaksi metamaterial dengan cahaya inframerah, mengubah daya reflektifnya dengan dampak minimal pada transparansi permukaan. Mengamati sifat-sifat yang tidak biasa dari GSST, para peneliti mengira itu dapat diadaptasi untuk membuat "metalens" aktif yang dapat menyesuaikan panjang fokusnya tergantung pada fase.
GSST di bawah mikroskop
Dalam uji laboratorium, para insinyur menghasilkan lapisan GSST yang hanya setebal 1 mikron dan bereksperimen dengan berbagai bentuk material untuk menemukan opsi paling optimal yang dapat mengubah cara berinteraksi dengan cahaya bergantung pada suhu. "Lensa logam" GSST ditempatkan pada alat uji dengan laser yang disetel untuk memancarkan cahaya dalam jangkauan inframerah. Pada jarak tertentu dari instalasi, para insinyur menempatkan pelat transparan dengan goresan kontras tinggi horizontal dan vertikal yang diterapkan padanya - yang disebut benda uji untuk menilai resolusi sistem optoelektronik digital.
Dalam keadaan awal amorf, "metalens" dengan mudah terfokus pada pelat terdekat. Para ilmuwan kemudian memanaskan metamaterial sehingga memperoleh struktur kristal yang jernih dan fokus pada benda uji yang lebih jauh. Sejauh ini, material yang tidak biasa ini menunjukkan kemampuan untuk menangkap gambar yang tajam pada dua tingkat kedalaman bidang tanpa menggunakan penggerak mekanis. Di masa depan, para peneliti berencana untuk memperluas jangkauan fase material GSST untuk meningkatkan kemampuan fokus dari "metalens". Salah satu insinyur membandingkan proses mengubah fase pada bahan yang mirip dengan memasak steak. Daging tidak hanya bisa mentah atau digoreng: ada banyak kondisi antara - Anda hanya perlu menemukan cara untuk mencapainya dan memperbaiki hasilnya.
Eksperimen menunjukkan bahwa lensa logam dapat secara aktif mengubah fokus tanpa ada gerakan mekanis. Para peneliti mengatakan lensa logam berpotensi dibuat dengan pemanas mikro built-in untuk memanaskan material dengan cepat dalam pulsa milidetik pendek. Dengan mengubah kondisi pemanasan, mereka juga dapat menyesuaikan ke kondisi antara material lain, memberikan penyesuaian fokus yang berkelanjutan.
Detail lebih lanjut: www.nature.com/articles/s41467-021-21440-9