Исследователи из Амстердамского и Стэнфордского университетов совершили прорыв в оптике, разработав ультратонкую линзу, которая может кардинально преобразить технологию очков дополненной реальности (AR).
Как работают традиционные линзы и в чём их ограничения?
Линза — это оптический элемент, который изменяет направление световых лучей (преломляет их) для фокусировки, что позволяет нам видеть объекты чётче или ближе. Классический пример — очки для чтения. Их изогнутые линзы дважды преломляют свет (при входе и выходе), увеличивая изображение. Хотя этот принцип проверен временем, у него есть существенные недостатки: такие линзы часто громоздкие, тяжёлые и имеют ограничения в миниатюризации, что критично для современных носимых устройств.
Квантовый скачок в оптике: плоская и невероятно тонкая линза
Вместо классического преломления учёные использовали принцип дифракции и квантовые свойства материалов. Они создали плоскую линзу из дисульфида вольфрама (WS2) толщиной всего в три атома. Эта структура представляет собой так называемую «линзу Френеля» — набор концентрических колец, которые фокусируют свет не за счёт кривизны, а благодаря явлению дифракции, словно перенаправляя свет крошечными препятствиями.
Ключевую роль играет квантовый эффект. При попадании света на WS2 образуются экситоны — связанные пары электронов и «дырок» (положительных зарядов). Эти экситоны впоследствии рекомбинируют, повторно излучая свет, что значительно усиливает фокусирующую способность линзы. Проще говоря, материал не просто пропускает свет, а активно взаимодействует с ним на квантовом уровне, что позволяет добиться высокой эффективности на определённых длинах волн.
Преимущества и перспективы применения
Главное преимущество новой линзы — её избирательность. Она пропускает большую часть светового потока без искажений, концентрируя и используя для формирования изображения лишь небольшую его часть. Это идеально для очков дополненной реальности, где необходимо чётко видеть реальный мир, одновременно проецируя на него цифровую информацию (навигационные подсказки, уведомления). Такая технология позволит создавать лёгкие, тонкие и комфортные очки, не утяжеляя их массивной оптикой.
Исследователи, опубликовавшие работу в журнале Nano Letters, уже работают над следующим шагом — созданием линз с регулируемым фокусом. Планируется, что фокусировку можно будет менять, подавая небольшое электрическое напряжение. Это откроет путь не только к более совершенным AR-очкам, но и к целому спектру новых приложений в микроскопии, фотографии и компактных оптических системах, где важны гибкость и высокая точность.
Обратите внимание: MIT и IBM хотят изменить наш мир с помощью искусственного интеллекта.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.