Fotoaparatuose naudojami lęšiai ir jutikliai per daugelį metų radikaliai sumažėjo, tačiau likusi kliūtis tolesnei miniatiūrizacijai yra tuščia erdvė, vis dar būtina tarp šių dviejų elementų. Šviesa, perėjusi per objektyvą, turi įveikti dar tam tikrą atstumą, kad pasiektų židinį, kuriame yra jutikliai – todėl daugelio šiuolaikinių išmaniųjų telefonų nugarėlėje yra „kameros iškilimas“ – kad šviesai užtektų vietos sufokusuoti vaizdą.
Erdvinės plokštelės tai išsprendžia naudodamos medžiagas, vadinamas metamedžiagomis. „Erdvinė plokštė imituoja šviesos sklaidą tuščioje erdvėje, tačiau mažesniu atstumu, – sako Francesco Monticone iš Kornelio universiteto (JAV). – Naudojant erdvinę plokštelę, šviesa iš tikrųjų „patiria“ daugiau erdvės, nei jos iš tikrųjų yra“.
Ši idėja pirmą kartą buvo pasiūlyta 2021 m., kai buvo pristatyti du galimi erdvinės plokštelės tipai: vienas buvo sudarytas iš 25 pakaitomis esančių silicio dioksido ir silicio sluoksnių, kitas – iš vienalytės kalcito sekcijos, kurią reikėjo panardinti į glicerolį arba sėmenų aliejų, kad būtų tinkamai sufokusuota šviesa.
Tačiau ankstyvieji erdvinių plokštelių prototipai veikė tik su viena spalva arba juos reikėjo panardinti į aliejų – todėl jie nebuvo pradėti naudoti, o kai kuriems žmonėms sukėlė abejonių, ar jie išvis kada nors veiks taip, kaip norima.
Dabar F.Monticone ir jo kolegos matematiškai bei modeliavimo būdu įrodė, kad fizika leidžia sukurti erdvinę plokštelę, kuri smarkiai sumažina fokusavimui reikalingą gylį, išlaikydama aukštą vaizdo kokybę ir veikdama visame matomos šviesos spektre. Mokslininkai dar nežino, kaip tiksliai reikėtų tokią plokštelę suprojektuoti – tačiau įrodė, kad teoriškai tai įmanoma.
Tyrėjų komandos narys ir originalaus 2021 m. straipsnio autorius Orad Reshefas, dirbantis Otavos universitete Kanadoje, sako, kad sluoksniuotų erdvinių plokštelių idėja yra ta, kad jos veikia panašiu principu kaip akinių antirefleksinė danga, kai plonas sluoksnis ant lęšio sukuria antrą, nefazinį atspindį, kuris panaikina atspindį nuo lęšio. Šviesa, keliaujanti per erdvinę plokštelę, tarp sluoksnių atsispindi daugybę kartų.
„Bet jie šviesos nelenkia, o tik atspindi ją pirmyn ir atgal“, – sako O.Reshefas. Šviesa atsispindi iki pat židinio taško, kuriam priešingu atveju reikėtų didesnės erdvės.
„Mes atsakėme į dažniausiai užduodamą klausimą apie erdvines plokštes – ir atradome tikriausiai svarbiausią kliūtį, trukdančią šiai platformai įsitvirtinti, – būtent, ar erdvinės plokštės gali veikti su įvairiomis spalvomis“, – sako F.Monticone. Kitas žingsnis bus eksperimentinis aukštos kokybės optinės erdvinės plokštelės demonstratorius ir jos integravimas į optinę sistemą – pavyzdžiui, išmaniojo telefono kamerą.
Tyrimas skelbiamas žurnale „Optica“.
Parengta pagal „New Scientist“.
