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MIT cria uma lente de câmera que pode mudar o foco sem partes móveis

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As lentes de zoom modernas funcionam maravilhosamente, mas abra uma e você será recebido por um grau verdadeiramente assustador de complexidade micromecânica, com 20 ou mais elementos de vidro polido configurados para se mover em direções diferentes em taxas variadas quando você trabalha o zoom ou o foco argolas. O fato de que essas coisas duram anos e anos de uso pesado enquanto batem contra móveis, expostas à chuva, poeira e temperaturas variadas, é um testemunho brilhante dos gênios que as desenvolveram.

Mas um novo desenvolvimento da equipe de pesquisa de materiais do MIT afirma ser capaz de focar a luz com rapidez e precisão usando um material transparente de mudança de fase que não precisa se mover. Em vez disso, essa “lente de metal ultrafina ajustável” reorganiza sua estrutura atômica em resposta ao calor.

O material em questão é uma nova versão do germânio/antimônio/telúrio usado em CDs e DVDs regraváveis. Nessas aplicações, o calor do laser foi usado para alternar o material entre os estados transparente e opaco. Mas a equipe do MIT adicionou selênio à mistura e descobriu que, quando o calor era adicionado, sua estrutura atômica “mudava de um emaranhado amorfo e aleatório de átomos para uma estrutura cristalina mais ordenada”, alterando seu poder de refração sem alterar sua transparência.

Uma imagem ampliada dos metalens, mostrando suas características microscópicas
Uma imagem ampliada dos metalens, mostrando suas características microscópicas

MIT

A lente de metal tem estruturas minúsculas e precisamente padronizadas gravadas em sua superfície, que podem ser projetadas para refratar ou refletir a luz de certas maneiras. À medida que o material é aquecido, suas propriedades ópticas mudam. Na configuração prototipada pela equipe, ela concentra a luz infravermelha em um ponto próximo à temperatura ambiente e, em seguida, move seu ponto de foco para mais longe conforme o calor é aplicado.

A equipe testou a lente de metal colocando-a em um palco e iluminando-a com um feixe de laser sintonizado na banda infravermelha. Os pesquisadores colocaram dois gráficos de resolução transparente na frente dele em distâncias diferentes e descobriram que ele era capaz de resolver uma imagem nítida do mais próximo à temperatura ambiente e uma imagem igualmente nítida do mais distante quando aquecido, mesmo após a fonte de calor foi removida.

“Nosso resultado mostra que nossa lente ajustável ultrafina, sem partes móveis, pode obter imagens sem aberrações de objetos sobrepostos posicionados em diferentes profundidades, rivalizando com os sistemas ópticos volumosos tradicionais”, disse Tian Gu, pesquisador do Laboratório de Pesquisa de Materiais do MIT.

A equipe acredita que pode ser fabricado com microaquecedores integrados, que podem “aquecer rapidamente o material com pulsos curtos de milissegundos”, ajustando a temperatura com precisão para permitir o ajuste focal contínuo em uma variedade de estados intermediários entre as distâncias focais mínima e máxima – embora não esteja claro. com que rapidez ele poderá esfriar e redefinir o foco para a distância mínima.

Uma visão do microscópio óptico dos metalens do MIT
Uma visão do microscópio óptico dos metalens do MIT

MIT

“Em geral, quando alguém faz um dispositivo óptico, é muito desafiador ajustar suas características após a fabricação”, disse o membro da equipe Mikhail Shalaginov. “É por isso que ter esse tipo de plataforma é como um santo graal para engenheiros óticos, que permite que [os metalens] alternem o foco com eficiência e em uma ampla faixa.”

Este protótipo infravermelho, diz a equipe, pode ser útil em escopos de calor em miniatura, câmeras térmicas ultracompactas e óculos de visão noturna de baixo perfil. Novos desenvolvimentos, diz ele, podem permitir lentes de zoom ultracompactas para smartphones sem partes móveis, entre outras coisas.

Uma ideia muito interessante e uma grande oportunidade para reduzir a vertiginosa complexidade da ótica mecânica moderna, se for viável.

Um artigo sobre a pesquisa pode ser lido gratuitamente em Natureza das Comunicações.

Fonte: MIT

Fonte: https://newatlas.com/photography/mit-metalens/

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