Handys und Drohnen werden bald haardünne Kameras haben

Wissenschaftler haben ein neues mehrschichtiges Metalllinsendesign entwickelt, das eine neue Generation günstiger, leichter und leistungsstarker tragbarer Optiken für Telefone, Drohnen und Satelliten verspricht.

Forscher haben ein mehrschichtiges Metalllinsendesign entwickelt, das mehrere Farben gleichzeitig konvergieren kann und damit die grundlegenden Einschränkungen einschichtiger Linsen überwindet – Foto: Optics Express

Anstatt sich auf nur eine Schicht Metamaterial zu verlassen, stapelte das Team mehrere Schichten und überwand so die grundlegende Einschränkung von Metalllinsen, mehrere Wellenlängen des Lichts gleichzeitig zu konvergieren.

Mit der algorithmenbasierten Methode wurden hochentwickelte Nanostrukturen in Form von vier Blättern, Propellern oder Quadraten geschaffen, die eine höhere Effizienz, Skalierbarkeit und Unabhängigkeit von der Lichtpolarisation bieten.

„Dieses Design weist viele Eigenschaften auf, die es für praktische Geräte geeignet machen“, sagte Joshua Jordaan, Hauptautor von der Australian National University und dem ARC Centre of Excellence for Transform Meta-Optical Systems (TMOS). „Es ist aufgrund seines geringen geometrischen Aspektverhältnisses einfach herzustellen, die Schichten können separat hergestellt und dann zusammengesetzt werden, es ist polarisationsunabhängig und hat das Potenzial, mithilfe bestehender Halbleitertechnologie skaliert zu werden.“

Metalllinsen sind nur einen Bruchteil der Dicke eines menschlichen Haares und um ein Vielfaches dünner als herkömmliche optische Linsen. Sie ermöglichen Brennweiten, die mit herkömmlichen Linsen nicht erreicht werden können.

Das Team versuchte zunächst, mehrere Wellenlängen mithilfe einer einzigen Schicht zu fokussieren, stieß dabei jedoch auf physikalische Grenzen. Bei der Entwicklung von Mehrschichtstrukturen nutzten sie einen inversen Optimierungsalgorithmus, um geeignete Metaoberflächenformen zu finden. Dieser basierte auf der dualen elektromagnetischen Resonanz (Huygens-Resonanz), was die Präzision erhöhte und die Massenproduktion erleichterte.

Diese Nanostrukturen sind etwa 300 Nanometer hoch und 1.000 Nanometer breit – genug, um eine optische Phasenkarte zu erstellen, mit der sich Licht in beliebige Muster fokussieren lässt. „Wir können sogar unterschiedliche Wellenlängen auf unterschiedliche Stellen fokussieren, um einen Farbrouter zu erstellen“, sagte Jordaan.

Allerdings ist der Mehrschichtansatz derzeit nur für bis zu etwa 5 Wellenlängen durchführbar, da sichergestellt werden muss, dass die Struktur für die längste Wellenlänge groß genug ist, ohne dass es bei kürzeren Wellenlängen zu Beugungen kommt.

Innerhalb dieser Grenzen glaubt das Team, dass metallische Linsen ein großer Segen für mobile Bildgebungssysteme sein könnten. „Unser Design ist ideal für Drohnen oder Erdbeobachtungssatelliten, da wir versucht haben, sie so kompakt und leicht wie möglich zu machen“, sagt Jordaan.

Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Optics Express veröffentlicht.

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VNA

Quelle: https://tuoitre.vn/dien-thoai-drone-sap-co-camera-mong-nhu-soi-toc-2025092508534341.htm