Das Team entwickelt ein Dual-Metalens, das je nach Lichtverhältnissen zwischen den Aufnahmemodi wechseln kann

Einem gemeinsamen Forschungsteam ist es gelungen, eine Doppelmetalllinse zu entwickeln, die mit einer einzigen Linse zwischen verschiedenen Bildgebungsmodi wechseln kann. Der Forschungsergebnisse wurden vorgestellt ACS Nano.

Typischerweise werden beim Fotografieren eines Objekts zwei unterschiedliche Modi verwendet: der normale Modus, der grundlegende Informationen extrahiert; und der Kantenmodus, der sich ausschließlich auf die Umrisse des Objekts konzentriert. Diese Modi erfordern traditionell separate Objektive mit jeweils unterschiedlichen Brennpunkten. Als Reaktion auf den jüngsten Trend zur Miniaturisierung und zum Leichtbau bei elektronischen Geräten haben Forscher jedoch intensiv daran gearbeitet, beide Modi in einer einzigen Linse zu integrieren.

In dieser Studie ging das Team das Problem mithilfe von Metallsensoren an, die ihren Brennpunkt durch elektrische Mittel dynamisch ändern können. Diese Metalenses sind, ohne Rücksicht auf die Eigenschaften des Lichts, aus künstlichen Strukturen im Nanomaßstab aufgebaut. Durch die Feinabstimmung von Parametern wie Größe, Form und Rotationsausrichtung dieser Strukturen gelang es dem Team, eine Dual-Mode-Bildgebungsmetalllinse zu entwickeln, die je nach Richtung der Lichtpolarisationsrotation zwischen Normal- und Randmodus wechseln kann.

Dieses Objektiv kann seinen Fokus schnell ändern, indem es die an die Flüssigkristallschicht (LC) angelegte Spannung anpasst, was einen schnellen Moduswechsel in nur Millisekunden (eine Millisekunde ist eine Tausendstelsekunde) ermöglicht und damit der Geschwindigkeit des Flüssigkristallwechsels entspricht.

In dieser Forschung verwendete das Team hydriertes amorphes Silizium als Nanostruktur, das für minimale Verluste im sichtbaren Lichtbereich bekannt ist, was zu einer bemerkenswerten Linseneffizienz von 32,3 %, 31,7 % bzw. 20,4 % für rote, grüne und blaue Wellenlängen führte. Durch die Integration zweier unterschiedlicher Modi in ein einziges Objektiv gelang es dem Team, hochauflösende Bilder zu erfassen.

Die Arbeit wurde von Professor Junsuk Rho von der Fakultät für Maschinenbau und der Fakultät für Chemieingenieurwesen, Trevon Badloe von der Graduate School of Artificial Intelligence sowie Yeseul Kim und Joohoon Kim, Ph.D. geleitet. Kandidaten der Fakultät für Maschinenbau der Pohang University of Science and Technology (POSTECH) und Professor Inki Kim vom Institut für Quantenbiophysik der Sungkyunkwan-Universität

Professor Junsuk Rho erklärte: „Wir können jetzt schnell hochauflösende Bilder für Anwendungen wie die Bio-Bildgebung erfassen, die zelluläre Reaktionen und das Arzneimittel-Screening umfasst.“ Darüber hinaus zeigte er sich optimistisch und sagte: „Ich hoffe, dass diese Innovation in verschiedenen Bereichen Anwendung finden wird, darunter Smartphones, Virtual-Reality- (VR) und Augmented-Reality-Geräte (AR) sowie stationäre LiDAR-Systeme.“