Geniş diyafram açıklığına sahip metal teleskop Ay'ı görüntüler

ABD'deki araştırmacılar tarafından optik metayüzeylerin pratik kullanımına yönelik önemli bir adım atıldı. Ekip, geniş açıklıklı düz metaller üretmek için ortak bir yarı iletken üretim süreci kullandı. Optik performansı, Ay'ı hedef alan basit bir teleskopta objektif mercek olarak kullanılarak gösterildi. Teleskop üstün bir çözümleme gücüne ulaştı ve Ay yüzeyinin net görüntülerini üretti.

Teleskoplar 400 yılı aşkın bir süredir evreni gözetlemek için kullanılıyor. 1600'lerin başında Galileo Galilei Jüpiter'in uydularını gözlemlemek için bir teleskop kullandı ve geçen yıl James Webb Uzay Teleskobu kozmosun muhteşem görüntülerini çekmeye başladı.

Bugün profesyonel gökbilimciler tarafından kullanılan teleskoplar genellikle büyük ve hantaldır ve bu da onların nasıl ve nerede kullanılabileceğine sıklıkla sınır getirir. Bu cihazların boyutu, sapmaları ortadan kaldırmak ve istenen yüksek performansı sağlamak için gerekli olan geniş açıklıklarının ve sıklıkla karmaşık olan çok elemanlı optik sistemlerinin bir sonucudur.

Tasarlanmış nanoyapılar

Optik meta yüzeyler, teleskopları ve diğer optik sistemleri daha küçük ve daha basit hale getirmenin potansiyel bir yolunu sunar. Bunlar bir dizi yapay optik anten olarak düşünülebilecek tasarlanmış nanoyapılardır (şekle bakın). Bu antenler, örneğin genliğini, fazını ve polarizasyonunu değiştirerek ışığı manipüle edebilir.

Bu meta yüzeyler ışığı odaklayacak şekilde tasarlanabilir ve böylece geleneksel optiklere göre önemli avantajlar sunabilecek metalensler yaratılabilir. Örneğin, metalenslerin düz yüzeyleri küresel sapmalar içermez ve metalensler, geleneksel optiklerle karşılaştırıldığında ultra ince ve düşük ağırlıktadır.

Ancak metalens üretimi henüz başlangıç ​​aşamasındadır. Mevcut üretim yöntemleri, elektron ışını (e-ışını) litografisi ve odaklanmış iyon ışını (FIB) teknikleri gibi tarama sistemlerine dayanmaktadır. Bunlar yavaştır, pahalıdır ve metalenslerin boyutunu yalnızca birkaç milimetreyle sınırlandırır. Bu, büyük hacimli üretimi neredeyse imkansız hale getiriyor ve metalenslerin şu anda pahalı olduğu ve teleskoplar gibi geniş açıklıklı uygulamalar için çok küçük olduğu anlamına geliyor.

Bir meta teleskop

Artık Pensilvanya Eyalet Üniversitesi ve NASA-Goddard Uzay Uçuş Merkezi'ndeki araştırmacılar, metalens yapmanın çok daha iyi bir yolunu buldular. Prosesleri büyük ölçekli üretim için ölçeklendirilebilir ve teleskop uygulamalarına uygun geniş açıklık boyutlarına sahip metalensler oluşturmak için kullanılabilir.

Ekip, yarı iletken endüstrisinde yaygın olarak kullanılan bir teknik olan derin ultraviyole (DUV) litografiyi kullandı. Süreçleri, on inçlik bir silika levhanın üst kısmının desenlenmesini içeriyordu. 80 mm çapındaki meta-lensleri, aynı desenlerin levhanın farklı çeyreklerinde gösterilmesiyle birleştirilen 16 parçaya bölünmüştü. Desen dikişi ve levha döndürme, tüm yüzeyi açığa çıkaran pahalı, tek, büyük bir maskeye olan ihtiyacı ortadan kaldırdı.

Yoğunluk profili

Metallerin performansı, 1200-1600 nm'yi kapsayan geniş bir dalga boyu aralığında odaklanmış lazer ışınlarının yoğunluk profilinin ölçülmesiyle karakterize edildi. Testler, metallerin, 1450 nm'de çalışacak şekilde tasarlanmış olmalarına rağmen, ışığı tüm aralıkta kırınım sınırına yakın bir şekilde sıkı bir şekilde odaklayabildiklerini gösterdi. Bununla birlikte, kırınımlı dağılım, odak uzunluğunu dalga boyu aralığı boyunca değiştirdi; bu, renk sapması adı verilen zararlı bir etkidir.

Metallerin çözme gücü, bir teleskop içinde objektif mercek olarak kullanılarak test edildi. Ekip, yaklaşık 80 km'lik minimum çözümleme özelliği boyutuyla Ay yüzeyinin çeşitli özelliklerini başarılı bir şekilde görüntülemek için teleskopu kullandı. Bu, bu tür metaller için şu ana kadar bildirilen en iyi çözme gücüdür.

Yeni nesil sistemler

Baş araştırmacı Xingjie Ni Pensilvanya Eyalet Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, metayüzeylerin optikte ezber bozabileceğine inanıyor çünkü ışık manipülasyonu konusundaki benzeri görülmemiş yetenekleri, onları yeni nesil optik sistemler için güçlü adaylar haline getiriyor. Ekibinin kendisini ölçeklenebilir, üretim dostu meta yüzeylerin yeteneklerini geliştirmeye adamış olmasının nedeninin bu olduğunu söylüyor.

"İmalat kusurlarına dayanıklı nanoyapılar elde etmek için tasarım tekniklerimizi geliştirmeyi planlıyoruz. Bu, görünür aralıkta çalışan büyük ölçekli metalensler yapmak için fotolitografi gibi yüksek hacimli üretim teknolojilerini kullanmamıza ve renk sapmasını telafi etmek için serbest biçimli nanoantenler gibi daha karmaşık nanoanten tasarımlarını birleştirmemize olanak tanıyacak" diyor. Fizik dünyası.

Metayüzeyler lazer ışınlarını şekillendirmeye yardımcı olur

Din Ping Tsai Araştırmaya dahil olmayan Hong Kong Şehir Üniversitesi'nden bir araştırmacı, bu çalışmanın metalenslerin çalışma senaryolarını genişlettiğini ve geniş açıklıklara sahip metalensler üzerine araştırmalara ilham vereceğini düşünüyor. DUV litografinin, makul çözünürlükte, düşük maliyetli metalenslerin yüksek verimli üretimini gerçekleştirmek için kullanılabileceğini söylüyor. Bu, önümüzdeki yıllarda bileşenleri ticarileştirecek ve günlük hayatımızın bir parçası haline getirecek.

Tsai, Penn State metallerindeki renk sapmasının, monokromatik uygulamalarla kullanımını sınırladığına inanıyor. Ayrıca geniş alanlı geniş bant akromatik meta-lens tasarımının hala büyük bir zorluk olduğuna ve güçlü bir talep olduğuna dikkat çekiyor. Ayrıca dikiş hatalarını önlemek ve üretim sürecini basitleştirmek amacıyla metalens yapımında tercih edilen yöntemin büyük bir maske olduğuna inanıyor.

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: ACS Nano Harfler.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/telescope-with-large-aperture-metalens-images-the-moon/