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  • 有MIT的数学家开发出一种技术,快速确定的数以百万计的单,显微特征上的超颖完美的安排,产生一个平面透镜操纵以指定的方式点亮。设计为超颖的团队,在左,蚀刻以百万计的功能。一个放大的透镜的图像,右侧,示出了单独的功能,每一个以特定的方式被蚀刻,使得一起,便产生所需的光学效果。

    有MIT的数学家开发出一种技术,快速确定的数以百万计的单,显微特征上的超颖完美的安排,产生一个平面透镜操纵以指定的方式点亮。设计为超颖的团队,在左,蚀刻以百万计的功能。一个放大的透镜的图像,右侧,示出了单独的功能,每一个以特定的方式被蚀刻,使得一起,便产生所需的光学效果。

    信用:ZIN林

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数学技术快速调谐下一代镜头

有MIT的数学家开发出一种技术,快速确定的数以百万计的单,显微特征上的超颖完美的安排,产生一个平面透镜操纵以指定的方式点亮。设计为超颖的团队,在左,蚀刻以百万计的功能。一个放大的透镜的图像,右侧,示出了单独的功能,每一个以特定的方式被蚀刻,使得一起,便产生所需的光学效果。

“metasurfaces”,在微小的鳞片操纵光能找到手机镜头,智能车载传感器和光纤用途。


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大多数人都知道为弯曲光学透镜,塑料或玻璃的透明件,其设计以将光聚焦为显微镜,眼镜,照相机,等等。在大多数情况下,一个镜头的弯曲形状没有太大的改变,因为它是许多世纪前发明的。

在过去的十年,但是,工程师们准备了平板,超薄材料被称为“metasurfaces”可以执行的光技巧远远超出了传统的曲面透镜可以做到。单独的特征蚀刻工程师,数百次比单个人类头发的宽度小,以创建到metasurfaces这些图案使表面即作为一个整体来散射光非常精确。但面临的挑战是要知道什么是需要的模式所产生的光预期的效果。

这其中有无澳门太阳城最新网站数学家想出了一个解决方案。在发表在本周出版的一项研究 光学快报,A组报告了一个新的计算技术快速确定的数以百万计的个人微观特征上的超颖完美的妆容和安排,以产生一个平面透镜,在一种特殊的方式操纵光。

以前的工作通过限制模式的可能组合到预定的形状,例如圆孔具有不同半径的袭击的问题,但是,只有此方法探讨了可以潜在地制成图案的一小部分。

这项新技术是第一至高效地设计完全是任意的图案为大型光学metasurfaces,测量1平方厘米acerca - 广阔区域相对地,考虑到每个单个特征是不超过20个纳米宽。史蒂芬约翰逊,在澳门太阳城最新网站数学教授说,计算技术可以映射出快速图案进行各种期望的光学效果。

“说你要那么好几种不同颜色的作品,或者你想利用轻和蓬松而是以一个点,使光束或某种全息或光阱的镜头,”约翰逊说。 “你能告诉我们你想要做什么,可以来此技术了该模式的你“应该”。

约翰逊在纸上的合着者是主要作者ZIN林,拉斐尔pestourie和胜利者刘。

逐像素

通常是单个超颖表面被划分为微小的,纳米尺寸的像素。每个像素可以被蚀刻或左要么不变。那些被蚀刻即可以放在一起以形成任意数量的不同的图案。

到目前为止,研究人员计算机程序开发搜索出的小型光学测量设备横跨几十微米的任何可能的像素模式。如此微小,精确的结构可用于,例如,阱和直射光在超小型的激光。决定这些小设备的精确图案通过求解麦克斯韦方程这样做的程序 - 一组基本方程即描述了散射光 - 基于在装置单一的每个像素,则调谐图案,逐像素,直到期望的结构产生的光学效应。

但约翰逊说ESTA逐像素几乎是不可能的任务模拟大规模测量跨表面毫米或厘米。计算机将不仅有工作有更大的表面积,有数量级的像素的订单,但必须同时运行许多可能的像素排列的多个模拟,以最佳的方式最终到达。

“你要模拟一个规模足够大的捕捉到整体结构,但小到足以捕捉细节,”约翰逊说。 “相结合,确实是一个巨大的问题,如果你的计算直接攻击它。如果你把它在地球上最大的超级计算机,和你有很多的时间,也许你模仿或许有这些图案的。但是这将是一个绝技“。

从随机图案化超颖表面,新的技术快速地发展,一个理想的地方,以产生一个透镜图案具有期望的光学效应。信用:ZIN林

上坡搜索

约翰逊的球队现在已经想出了一个快捷有效地模拟为所需的大型metasurfaces像素的格局。而不是解决麦克斯韦方程组在材料研究的一个平方厘米的每一个纳米尺寸的像素的求解像素这些方程“补丁”。

他们开发了随机蚀刻,纳米尺寸的像素的平方厘米的计算机仿真开始。他们把表面分成像素或贴剂的基团,和使用麦克斯韦方程来预测每个贴片散射光如何。他们发现了一种大约然后“十字绣”的补丁解决方案结合在一起,以确定整个光如何散射,随机蚀刻表面。

从该开始图形,则适应于称为拓扑优化技术的数学研究,来调整从本质上讲每个贴片在许多迭代的图案,直到最后,整个表面,或拓扑,散射在优选的方式照亮。

约翰逊的比喻的方法来试图找到自己的方式上山,蒙住眼睛。以产生期望的光学效果,在贴剂的各像素应具有刻蚀图形的最佳应被实现的,这可能被认为是隐喻作为峰值。 ESTA峰发现,在补丁的每个像素,被认为是一种拓扑优化问题。

“对于每一个模拟,我们发现,以调整每个像素哪种方式,”约翰逊说。 “那你有一个新的结构resimulate,你可以,你继续做ESTA过程中,每次上山,直到你达到一个高峰,或优化的模式。”

球队的技术能够在短短的几个小时内,以确定最佳的模式,与传统的逐像素相比将逼近,如果应用于大型metasurfaces直接,实际上将是棘手的。

使用他们的技术,研究人员快速想出了光学图案为几个“元设备”,或随着变化的光学特性的透镜,包括太阳能集中器从任何方向注意到入射光并将其聚焦到一个点,和消色差透镜,其散射光的不同波长或颜色的,以相同的点,以相等的焦点。

“如果你的相机有一个镜头,如果它是专注于你,应该集中所有颜色同时,”约翰逊说。 “红不应该成为焦点,但蓝失焦。所以,你必须拿出一个模式散射,在以同样的方式在所有的颜色,以便进入同他们发现。而我们的技术能够想出一个疯狂的模式也做到这一点。“

展望未来,研究人员正在与工程师,谁就能制造复杂的图案映射出他们的技术,生产大metasurfaces,潜在更需要镜片等光学应用的手机。

“这些表面将被作为传感器来的汽车,自己开车,或增强现实,如果你需要良好的光学性能,说:” pestourie。 “这种技术可以让您应对更具挑战性的光学设计。”

ESTA研究是投资,一部分是由U。秒。陆军研究办公室通过在澳门太阳城最新网站士兵纳米技术。


主题: 算法, 数学, 纳米科学和纳米技术, 光子, 研究, 科学学院

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