Sử dụng kỹ thuật nano, các nhà khoa học tạo ra thấu kính phẳng mỏng hơn cả sợi tóc

Trong các hệ thống quang học truyền thống, các đường sóng ánh sáng song song nhau được truyền qua các thấu kính hình cầu để chúng có thể hội tụ tại tiêu điểm của thấu kính. Đó chính là lý do các camera truyền thống thường cần một hệ nhiều thấu kính khác nhau để điều khiển đường đi của ánh sáng. Cũng vì vậy việc thu nhỏ kích thước camera luôn là một thách thức lớn đối với các nhà nghiên cứu khoa học.

Tuy nhiên một nghiên cứu mới đây của ông Rajesh Menon, giáo sư Kỹ thuật Điện và Máy tính tại Đại học Utah, không chỉ làm thay đổi những gì chúng ta từng học về ánh sáng trong sách giáo khoa, mà còn mở đường cho việc tạo ra những thiết kế thấu kính mới, mỏng hơn, dễ sản xuất hơn và có chi phí thấp hơn.

Trong báo cáo của mình đăng tải trên tạp chí Optica, Menon và nhóm nghiên cứu cho biết đã tạo ra được camera lấy nét vô cực (camera free focus) bằng một thấu kính siêu phẳng, thay vì thấu kính hình cầu như thường thấy.

Quan trọng hơn cả là nó chỉ có độ dầy bằng 1/1000 inch (mỗi inch tương đương 25,4 cm) - mỏng hơn cả một sợi tóc, một bước tiến dài về việc thu gọn kích thước so với những thấu kính thông thường. Bước tiến đột phá này không chỉ tác động lớn đến ngành nhiếp ảnh mà còn mang lại những ứng dụng quan trọng cho các ngành công nghiệp khác.

Trong báo cáo của mình, các nhà nghiên cứu cho biết đã sử dụng một cấu trúc nano trên bề mặt thấu kính phẳng để điều khiển chính xác cách ánh sáng đi qua nó nhằm đạt được các đặc tính quang học tương tự như những hệ thống thấu kính phức tạp và cồng kềnh thông thường. Ống kính phẳng siêu mỏng này có thể đảm bảo việc lấy nét vào các chủ thể cách nhau 6m.

Dưới đây là đoạn video với 2 clip ngắn được quay với một ống kính siêu phẳng đặt phía trước một camera truyền thống.

Không chỉ thay đổi hẳn các khái niệm cơ bản về ánh sáng mà ta từng biết trước đây, nghiên cứu của ông Menon còn mang lại lợi ích to lớn đến việc tạo ra các hệ thống nhiếp ảnh mới.

Ông Menon cho biết: "Các thấu kính phẳng của chúng tôi giảm đáng kể cân nặng, độ phức tạp và chi phí của camera cũng như các hệ thống chụp ảnh khác, trong khi tăng cường thêm các tính năng cho nó. Nghiên cứu này là một ví dụ thú vị cho thấy việc từ bỏ các quan niệm truyền thống có thể cho phép những thiết bị mới làm được những điều trước đây tưởng chừng không thể như thế nào. Nó là một lời nhắc nhở cho các nghi vấn trong quá khứ."

Ông Menon kỳ vọng rằng: "Ống kính mới này có thể mang lại nhiều ứng dụng thú vị ngoài khả năng chụp ảnh, ví dụ tạo ra hệ thống rọi sáng hiệu quả cao cho cảm biến LiDAR, vốn rất quan trọng với các hệ thống tự hành bao gồm cả xe tự lái."

Hơn thế nữa, các nhà nghiên cứu còn cho biết, cách tiếp cận của họ có thể mở rộng sang việc tạo ra các bộ phận quang học với những đặc tính hiếm có như dải sóng cực cao, dễ sản xuất hơn và có chi phí thấp hơn.

Tham khảo Phys.org