【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日，安大略省渥太華，渥太華大學(xué)的 Orad Reshef 和 Jeff Lundeen 開發(fā)了一種新型光學(xué)元件，使復(fù)合透鏡和望遠(yuǎn)鏡的外形小到可以放入口袋，被稱為空間板，它的功能是模擬聚焦圖像所需的空白空間——這意味著有一天攝影師將能夠在不拖著長筒長焦鏡頭的情況下拍攝遠(yuǎn)處物體的照片。
 

　　太空板是一種光學(xué)元件，可以在超過其厚度的距離內(nèi)傳播光。從光束的角度來看，穿過空間板后，它就像穿過了一個(gè)較厚的空間區(qū)域。
 

　　間隔板的工作原理(a)。間隔板可以將傳播長度d eff壓縮成厚度d。例如，以角度 θ 入射到空間板上的光束將以相同的角度出現(xiàn)并橫向平移長度 w(導(dǎo)致橫向光束位移 Δx)，就像自由空間 (b) 的d eff 一樣。向成像系統(tǒng)(例如標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)(頂部))添加隔板會(huì)縮短相機(jī)(中)。超薄單片成像系統(tǒng)可以通過將超透鏡和空間板直接集成在傳感器上(底部)來形成，由渥太華大學(xué)的 Orad Reshef 和 Jeff Lundeen 提供
 

　　在接受渥太華大學(xué)采訪時(shí)，科學(xué)家們表示，這個(gè)想法的概念源于關(guān)于超表面光操縱局限性的對(duì)話。Lundeen 說根據(jù)角度操縱光線會(huì)很有趣。
 

　　Reshef 對(duì)自己設(shè)計(jì)和制造能夠執(zhí)行任務(wù)的組件的能力充滿信心。我隨后得出結(jié)論，簡單的目標(biāo)是更換傳播所需的空間，即傳播。
 

　　該團(tuán)隊(duì)在這個(gè)概念上工作了幾個(gè)月，Reshef 和 Lundeen 展示了不同的可行設(shè)計(jì)，展示了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的方法的靈活性。
 

　　由空間板執(zhí)行的操作與鏡頭相反。 透鏡傳輸?shù)墓饩€會(huì)根據(jù)其在透鏡面上的位置彎曲成不同的角度；另一方面，間隔板將根據(jù)入射角橫向移動(dòng)光線的位置。這些響應(yīng)分別稱為本地響應(yīng)和非本地響應(yīng)。
 

　　實(shí)際上，這意味著空間板實(shí)際上不會(huì)像鏡頭那樣形成圖像，也不會(huì)引入自己的放大率，因?yàn)檫M(jìn)入空間板的任何平行光線也會(huì)平行地離開它。然而，它所做的是縮短圖像在通過鏡頭傳輸后形成所需的距離。
 

　　為了模擬空的空間，他們需要一種方法來根據(jù)光線的入射角賦予相位，從技術(shù)上講，這種方法正在應(yīng)用傅立葉光學(xué)原理。在論文中，兩人在由硅和石英玻璃制成的薄膜多層堆疊中設(shè)計(jì)了這種類型的響應(yīng)——類似于用于鏡片抗反射涂層的材料。
 

　　這種結(jié)構(gòu)具有多個(gè)內(nèi)部反射，我們?cè)O(shè)計(jì)它以完全按照制造空間板所需的方式來轉(zhuǎn)換光線。我們還表明，這種響應(yīng)也可以通過另外兩種方式獲得：一種，如果雙折射光軸垂直于板的側(cè)面，則對(duì)于雙折射板中的異常波(這是一種不常見的幾何形狀，用于在雙折射板中使用雙折射) )，以及兩個(gè)，對(duì)于折射率低于背景介質(zhì)的光學(xué)平面。
 

　　該團(tuán)隊(duì)解釋說，該技術(shù)打破了成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)中通常的權(quán)衡取舍，包括數(shù)值孔徑、焦距、放大倍率以及像素的數(shù)量和大小。
 

　　因此，如果它們能夠得到完善，太空板將改變各種成像設(shè)備的設(shè)計(jì)。
 

　　盡管團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)一步開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，但該技術(shù)仍處于起步階段。Reshef 告訴渥太華大學(xué)，它已經(jīng)設(shè)計(jì)了將壓縮系數(shù)從 5 倍增加到 100 倍以上，并增加總傳輸量的設(shè)計(jì)。
 

　　要繼續(xù)這樣做，需要提出一種全新的設(shè)計(jì)范式。有許多團(tuán)隊(duì)正在努力開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。
 

　　目前存在一種為它們制定正確設(shè)計(jì)規(guī)則的軍備競(jìng)賽。非局部光學(xué)的良好設(shè)計(jì)方法肯定會(huì)幫助我們進(jìn)一步改進(jìn)空間板，但也將實(shí)現(xiàn)許多其他新的非局部應(yīng)用，例如最近也得到證明的圖像邊緣檢測(cè)。
 

　　這項(xiàng)工作發(fā)表在Nature Communications 上。