Группа ученых из Гарвардского университета на прошлой неделе представила разработанные ими новые металинзы, линзы на основе метаматериала, которые могут применяться практически во всех технологиях съемки, начиная от фотографии и заканчивая мощными оптическими микроскопами и телескопами. Эти линзы имеют размер порядка 2 миллиметров в диаметре, а их изготовление обходится намного дешевле, нежели изготовление линз из просветленного оптического стекла. Но самым главным является то, что их использование позволит камерам мобильных телефонов и прочей портативной техники обрести качество работы, сопоставимое с качеством полу- и профессиональных DSLR-камер.
Достаточно большие объективы DSLR-камер и других оптических инструментов имеют такие размеры в связи с тем, что в их внутренностях находится множество оптических элементов с изогнутыми поверхностями. Эти элементы, линзы, изменяют форму лучей света, преломляют их и фокусируют на поверхности светочувствительного датчика. Однако, некоторая часть света, проходящая через края линз, все же оказывается не в фокусе изображения, что делает края изображения расплывчатыми. Для компенсации эффекта сферического искажения производители объективов используют ряд дополнительных корректирующих линз.
У металинз, которые представляют собой плоские пластины из кварца, на поверхности которых созданы упорядоченные особым образом структуры из диоксида титана, понятие сферических искажений отсутствует как класс. Каждый из элементов металинзы, который похож на поставленную на ребро крошечную костяшку домино, преломляет поступающие лучи света по-своему, а все эти элементы, расположенные в строго заданном порядке, действуют как одна линза, фокусируя лучи света в определенной точке.
Но, у таких металинз есть один существенный недостаток, пока они еще не могут охватить весь диапазон видимого света. Ученым, варьируя размеры элементов поверхности металинзы, расстояние между ними и другие параметры, удалось создать образцы линз, эффективно работающие в диапазонах 405, 532 и 660 нанометров, что соответствует фиолетово-синей, желто-зеленой и красной части видимого спектра. Изображение в других цветах пока остается расплывчатым, но ученые сейчас работают над устранением данной проблемы.
Помимо размеров и стоимости, металинзы существенно выигрывают у традиционных линз и по эффективности. Испытания первых металинз, проведенные еще в 2011 году, показали, что их эффективность составляет почти 99 процентов. Это, в свою очередь, означает, что теряется всего 1 процент поступающего света, и даже наилучшим стеклянным линзам очень и очень далеко до такой эффективности.
Пока еще неизвестно, когда же такие металинзы появятся в объективах камер мобильных телефонов. Вероятно, это произойдет лишь после того, как ученым удастся заставить их эффективно работать во всем диапазоне видимого света. Но и сейчас, в виде узкополосных оптических устройств, такие металинзы могут найти применение в научном и технологическом оборудовании для обработки света лучей лазеров и других источников, который имеет лишь одну определенную длину волны.
