http://www.physorg.com/news180530510.html
December 20, 2009
(PhysOrg.com) -- Duke 大學創造出新一代的透鏡，那能大幅改善電信或雷達系統的能耐，以提供更廣闊的視野以及更詳盡的細節。
不過他們製作的透鏡看起來不像透鏡。傳統的透鏡以清澈透明的物質製成 -- 例如玻璃或塑膠 -- 具有高度拋光的表面，不過這種新透鏡看起來更像是一組縮小的茶色百葉窗（tan Venetian blind）。然而，它將通過它之電磁波射線的方向聚焦的能力，大幅勝過傳統透鏡，工程師表示。
這項最新發展之所以可能，是因為製造特異複合材料，稱為超材料（metamaterials）的能力。在這些實驗中的超材料與其說它是單一一種物質，不如說它是完全人造的結構，能經過設計以展現在自然中並不容易找到的特性。
此原型透鏡，量起來為 4 英寸乘 5 英寸而高度不到 1 英寸，是由超過 1,000 根相同的、在電路板中使用的玻璃纖維製成並蝕刻銅。當射線通過時，正是這些精確排列的平行橫列引導它們。
"幾百年來，透鏡製造者以一種方式磨平某種均勻材料的表面，那在光線通過表面時，形塑（sculpt）這些射線，" Nathan Kundtz 說，Duke 大學 Pratt 工程學院電機與電腦工程博士後副研究。"雖然這些透鏡在聚焦射線上超有效率，但它們的侷限根基在「當射線通過大量的透鏡時，它們發生了什麼事」。"
"並非使用透鏡的表面來控制射線，我們研究改變表面之間的材料，" Kundtz 說。"如果你能控制大量透鏡，那麼你就獲得更多自由與控制，來設計符合特殊所需之透鏡。"
其實驗結果，那在資深研究者 David R. Smith（William Bevan 電機與電腦工程教授）的實驗室中進行，出現在 Nature Materials 的線上版。這是在理論上被認為是可能的第一個證明。
承認傳統透鏡的限制，科學家長久以來都在研究其他選項，包括那些被稱為梯度折射率（gradient index，GRIN）的透鏡。這些是典型的透明球體，而且雖然它們擁有傳統透鏡的優勢，不過它們難以製造而且焦點是球面。此外，由於絕大多數的感應系統以二維為目標，故球面影像並不是都能明確地轉變成一平坦表面。
然而，這種新透鏡，擁有更寬廣的視角，幾達 180 度，且因為它的焦點是平面的，故它能用於標準的影像技術中。最新的實驗是以微波進行，而研究者表示，設計用於更寬頻率的透鏡在技術上是可能的。
"我們所提出的，基本上相當於 GRIN 的類固醇（美國仙丹），" Smith 說，其團隊利用類似材料在 2006 年創造出首批「隱形」裝置之一。"這種新透鏡提供了撩人的可能性並為超材料開啟全新應用。"
"雖然這些實驗在二維中進行，不過這項設計對三維透鏡的開發應提供了良好的開始，" Smith 說。"我們所使用的超材料特性也應能用於紅外線與可見光頻率。"
研究者表示，單一超材料透鏡能取代需要浩瀚透鏡陣列的傳統光學系統，並提供更清晰的影像。它們也能用在大規模的系統中，例如雷達陣列以獲得更筆直的波束，這對傳統透鏡而言是不可能的事，那可能因為需求過大而無法實踐。
※ 相關報導：
＊ Extreme-angle broadband metamaterial lens
http://dx.doi.org/10.1038/nmat2610
Nathan Kundtz & David R. Smith＊ 科學家：隱形斗篷觸目可及
Nature Materials, Published online: 20 December 2009
doi: 10.1038/nmat2610
＊ 新液態相機鏡頭：以聲音控制光
＊ 電磁波向後走
＊ 測量複合材料的光速
＊ 控制材料的電子表面特性
＊ 超材料光學的突破 -- 解決吸收損失
＊ 新研究連結熱轉移與材料結合強度
＊ 非線性透鏡使影像更清晰、視野不狹隘
沒有留言:
張貼留言