科學家表示，一種新型扁平、極薄的望遠鏡鏡頭可以將重量輕但功能強大的望遠鏡安裝到飛機和衛星上，從而改變深空觀星。
通常使用曲面透鏡通過稱為“放大”的過程來放大遠處的物體。與放大鏡類似，望遠鏡的曲面透鏡會彎曲光線並將其引導到焦點，使物體看起來更大。
這就是科學家們探索平面透鏡的原因，理論上它應該更輕、體積更小。然而，它們面臨的挑戰是，光與它們的相互作用不同於曲面透鏡。
是一種，以不同波長和頻率的波或粒子形式傳播。當光穿過平面透鏡時，它會發生衍射，在多個方向上散射波長，從而產生模糊、未聚焦的圖像。
但科學家開發的新型“多級衍射透鏡”（MDL）具有由“微觀小同心環”組成的多級結構。它們有效地將不同波長的光引導到同一焦點，以創建清晰、色彩準確的圖像。
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新型直徑為 100 毫米（3.9 英寸）的鏡頭，焦距為 200 毫米（7.8 英寸），厚度僅為 2.4 微米。該鏡頭針對可見光的 400 至 800 nm 波長范圍進行了優化，比傳統曲面鏡頭輕得多，並且消除了顏色失真。
科學家們於 2 月 3 日在期刊上發表了他們的發現應用物理快報。該研究由國防高級研究計劃局 (DARPA) 資助，和海軍研究辦公室。
該研究的主要作者表示：“我們的演示是創建超大孔徑輕型平面透鏡的墊腳石，該透鏡能夠捕獲用於空基和太空望遠鏡的全彩圖像。”阿普拉蒂姆·馬瓊德猶他大學電氣與計算機工程助理教授在一份報告中表示陳述。
領先於曲線
科學家過去設計過平面透鏡，最著名的是菲涅耳波帶片 (FZP)，其特點是表面蝕刻有同心脊。然而，FZP 的脊將光分解成不同的波長並以不同的角度衍射它們，導致顏色失真。
MDL 的獨特之處在於其同心環存在於鏡頭本身的不同深度處。當光穿過時，微小的凹痕會調整不同波長的衍射方式，防止它們像平常一樣散開。這種受控的衍射使所有波長的光同時聚焦，從而產生更清晰、色彩準確的圖像。
研究人員表示，除了避免 FZP 的顏色失真之外，新型平面透鏡還提供與傳統曲面透鏡相同的光彎曲能力。在研究中，他們使用 MDL 捕捉太陽和月亮的圖像。他們拍攝的月球圖像揭示了關鍵的地質特徵，同時他們還將其用於太陽成像以捕捉可見的太陽黑子。
Majumder 在聲明中表示：“在從可見光到近紅外的非常大的帶寬上模擬這些鏡頭的性能，需要解決涉及非常大的數據集的複雜計算問題。” “一旦我們優化了鏡片微觀結構的設計，製造過程就需要非常嚴格的過程控制和環境穩定性。”
研究人員表示該技術在天文學中有應用，以及其他“遠程成像任務”，包括“機載和天基成像應用”。更重要的是，距離量產可能並不遙遠。
研究合著者表示：“我們的計算技術表明，我們可以設計具有大孔徑的多級衍射平面透鏡，可以將可見光譜中的光聚焦，而且我們猶他州納米工廠擁有實際製造它們的資源。”拉傑什·梅農,猶他大學電氣與計算機工程教授在聲明中說道。
