พื้นผิวดวงจันทร์

Metalenses ประกอบด้วยรูปแบบพื้นผิวคล้ายเสาอากาศขนาดเล็กที่สามารถโฟกัสแสงเพื่อขยายวัตถุที่อยู่ไกลออกไปในลักษณะเดียวกับเลนส์กระจกโค้งแบบดั้งเดิม แต่มีข้อดีตรงที่ความแบน แม้ว่าในอดีตจะมีการพัฒนาเลนส์โลหะขนาดเล็กที่มีความกว้างมิลลิเมตร นักวิจัยปรับขนาดเลนส์ให้มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 เซนติเมตร หรือกว้างประมาณ 4 นิ้ว ทำให้สามารถใช้ในระบบออปติกขนาดใหญ่ เช่น กล้องโทรทรรศน์ พวกเขาเผยแพร่แนวทางของพวกเขาในNano Letters "เลนส์กล้องหรือกล้องโทรทรรศน์แบบดั้งเดิมมีพื้นผิวโค้งที่มีความหนาต่างกัน ซึ่งจะมีรอยนูนตรงกลางและขอบที่บางลง ซึ่งทำให้เลนส์เทอะทะและหนัก" Xingjie Ni ผู้เขียนที่เกี่ยวข้อง รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์กล่าว วิทยาศาสตร์ที่ Penn State "Metalenses ใช้โครงสร้างนาโนบนเลนส์แทนความโค้งเพื่อให้แสงมีรูปร่าง ซึ่งช่วยให้เลนส์สามารถวางราบได้" นั่นคือหนึ่งในเหตุผล Ni กล่าวว่าเลนส์กล้องของโทรศัพท์มือถือสมัยใหม่ยื่นออกมาจากตัวเครื่อง: ความหนาของเลนส์กินพื้นที่ แม้ว่าเลนส์จะดูแบนเนื่องจากซ่อนอยู่หลังกระจก โดยทั่วไปแล้ว Metalenses จะทำโดยใช้การพิมพ์หินด้วยลำแสงอิเล็กตรอน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสแกนลำแสงอิเล็กตรอนที่โฟกัสไปยังชิ้นแก้วหรือพื้นผิวโปร่งใสอื่นๆ เพื่อสร้างรูปแบบคล้ายเสาอากาศทีละจุด อย่างไรก็ตาม กระบวนการสแกนของลำแสงอิเล็กตรอนจะจำกัดขนาดของเลนส์ที่สามารถสร้างได้ เนื่องจากการสแกนแต่ละจุดใช้เวลานานและมีปริมาณงานต่ำ เพื่อสร้างเลนส์ที่ใหญ่ขึ้น นักวิจัยได้ปรับวิธีการประดิษฐ์ที่เรียกว่า photolithography รังสีอัลตราไวโอเลตลึก (DUV) พื้นผิวดวงจันทร์ ซึ่งใช้กันทั่วไปในการผลิตชิปคอมพิวเตอร์ "การถ่ายภาพด้วยแสง DUV เป็นกระบวนการที่ให้ผลผลิตสูงและสามารถผลิตชิปคอมพิวเตอร์จำนวนมากได้ภายในไม่กี่วินาที" Ni กล่าว "เราพบว่าวิธีนี้เป็นวิธีการผลิตที่ดีสำหรับโลหะเพราะช่วยให้ได้ขนาดรูปแบบที่ใหญ่ขึ้นมากในขณะที่ยังคงรักษารายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ซึ่งช่วยให้เลนส์สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ" นักวิจัยได้ปรับเปลี่ยนวิธีการด้วยขั้นตอนใหม่ที่เรียกว่าการหมุนแผ่นเวเฟอร์และการเย็บ นักวิจัยแบ่งแผ่นเวเฟอร์ซึ่งเป็นชิ้นส่วนโลหะที่ประดิษฐ์ขึ้นออกเป็นสี่ส่วน ซึ่งแบ่งเพิ่มเติมออกเป็น 22 คูณ 22 มิลลิเมตร ซึ่งเล็กกว่าตราไปรษณียากรมาตรฐาน ด้วยการใช้เครื่องพิมพ์หิน DUV ที่ Cornell University พวกเขาฉายรูปแบบบนควอแดรนต์หนึ่งผ่านเลนส์ฉาย ซึ่งหมุนไป 90 องศาแล้วฉายอีกครั้ง พวกเขาหมุนซ้ำจนครบทั้งสี่ด้าน "กระบวนการนี้ประหยัดต้นทุนเพราะมาสก์ที่มีข้อมูลรูปแบบสำหรับแต่ละควอแดรนต์สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้เนื่องจากความสมมาตรในการหมุนของโลหะ" Ni กล่าว "สิ่งนี้ช่วยลดต้นทุนการผลิตและสิ่งแวดล้อมของวิธีการนี้" เมื่อขนาดของโลหะเพิ่มขึ้น ไฟล์ดิจิทัลที่จำเป็นในการประมวลผลรูปแบบจะมีขนาดใหญ่ขึ้นอย่างมาก ซึ่งจะใช้เวลานานสำหรับเครื่องพิมพ์หิน DUV ในการประมวลผล เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิจัยได้บีบอัดไฟล์โดยใช้การประมาณข้อมูลและอ้างอิงข้อมูลที่ไม่ซ้ำ "เราใช้ทุกวิธีที่เป็นไปได้เพื่อลดขนาดไฟล์" Ni กล่าว "เราระบุจุดข้อมูลที่เหมือนกันและอ้างอิงจุดที่มีอยู่ ค่อยๆ ลดข้อมูลลงจนกว่าเราจะมีไฟล์ที่ใช้งานได้เพื่อส่งไปยังเครื่องสำหรับสร้างโลหะ" เมื่อใช้วิธีการประดิษฐ์แบบใหม่ นักวิจัยได้พัฒนากล้องโทรทรรศน์เลนส์เดี่ยวและจับภาพที่ชัดเจนของพื้นผิวดวงจันทร์ ทำให้วัตถุมีความละเอียดมากขึ้นและถ่ายภาพได้ไกลกว่าโลหะรุ่นก่อนมาก อย่างไรก็ตาม ก่อนที่เทคโนโลยีนี้จะนำไปใช้กับกล้องสมัยใหม่ได้ นักวิจัยต้องจัดการกับปัญหาความคลาดเคลื่อนของสี ซึ่งทำให้ภาพบิดเบี้ยวและพร่ามัวเมื่อแสงสีต่างๆ เข้าสู่เลนส์ ซึ่งโค้งงอในทิศทางต่างๆ กัน "เรากำลังสำรวจการออกแบบที่เล็กลงและซับซ้อนมากขึ้นในช่วงที่มองเห็นได้ และจะชดเชยความคลาดเคลื่อนทางแสงต่างๆ รวมถึงความคลาดเคลื่อนของสีด้วย" Ni กล่าว