Các nhà khoa học đã phát triển một thiết bị mở rộng góc lái chùm hiệu quả cao bao gồm hai phần tử quang học nhiễu xạ cao phân tử tinh thể lỏng. Đối với LiDAR (phát hiện và phạm vi ánh sáng) hoạt động ở 905 nm, góc lái có thể được mở rộng thêm 5,4 lần. Các ứng dụng tiềm năng bao gồm xe tự hành và theo dõi mắt cho màn hình thực tế ảo.
Quang học phẳng dựa trên tinh thể lỏng có hoa văn (LC) gần đây đã nhận được sự quan tâm nghiên cứu rộng rãi. So với siêu bề mặt điện môi thường được chế tạo bằng quy trình in thạch bản phức tạp, quang học phẳng dựa trên polyme LC, nhờ đặc tính tự lắp ráp của chúng, có thể được chế tạo thông qua quy trình toàn giải. Trong những thập kỷ qua, nhiều loại thiết bị quang học phẳng đã được chứng minh dựa trên thao tác pha hình học (còn gọi là pha Pancharatnum-Berry). Tổng chiều dày hiệu dụng của thiết bị, bao gồm lớp liên kết tinh thể lỏng bên dưới và polyme tinh thể lỏng, thường theo thứ tự 1 μm.
Các thấu kính truyền qua chất lượng thương mại, lưới và bộ xử lý xoáy quang học đã được phát triển trong vài năm qua. Kỹ thuật của dải phổ / góc hoạt động của chúng đã được minh họa trong cả thiết bị thụ động và thiết bị tích cực. Ví dụ, một cấu trúc đa xoắn có thể được thiết kế để tùy chỉnh băng thông phổ / góc như một phương tiện thụ động, trong khi các thiết bị chủ động có thể phản ứng với các kích thích bên ngoài như ứng suất cơ học, điện trường và ánh sáng, cũng đã được thực hiện. Tuy nhiên, các khám phá hiện có tập trung vào các chức năng quang học có thể được thực hiện bởi một thiết bị một lớp. Một cách để vượt qua giới hạn hiện tại là thiết kế quang học phẳng xếp tầng, nơi có nhiều mức độ tự do hơn và do đó có thể đạt được các chức năng khác biệt hơn một cách hợp lý. Trong khi đó, các phần tử quang học xếp tầng vẫn bảo toàn được các ưu điểm như hiệu suất cao, nhỏ gọn, trọng lượng thấp, dễ gia công, linh hoạt và giá thành thấp.
Trong một bài báo mới được xuất bản trên Tạp chí Khoa học & Ứng dụng Ánh sáng, một nhóm các nhà khoa học, do Giáo sư Shin-Tson Wu từ Đại học Quang học và Quang tử, Đại học Central Florida, Hoa Kỳ, đã đề xuất một phần tử quang học phẳng LC xếp tầng, được gọi là phần tử thu nhỏ kính thiên văn phẳng, để đạt được độ phóng đại góc lái không phụ thuộc vào vị trí chùm tia tới. Chức năng phóng đại góc như vậy không thể đạt được với thiết bị quang học một lớp như cách tử hoặc bề mặt khúc xạ. Kính thiên văn phẳng thu nhỏ này bao gồm hai phần tử quang học phẳng. Cả hai lớp đều được gán các cấu hình pha theo tổng của các đa thức bậc chẵn và chúng được phân tách trong không gian. Thông qua mô phỏng theo dõi tia, hệ thống có thể được tối ưu hóa theo kích thước khẩu độ cụ thể và phạm vi góc tới, và có thể đạt được hiệu suất gần như hạn chế nhiễu xạ.
Trong các thí nghiệm, các thiết bị nhiễu xạ LC khác nhau có kích thước milimét với các f / # khác nhau đã được chế tạo thông qua xử lý toàn bộ giải pháp và được lắp ráp thành hai mô-đun kính thiên văn với hệ số phóng đại được thiết kế tương ứng là 1,67 (mô-đun I) và 2,75 (mô-đun II). Độ phóng đại đo được phù hợp tốt với các giá trị thiết kế. Hơn nữa, hiệu suất hợp lý cao (> 89,8% cho mô-đun I và> 84,6% cho mô-đun II) đã đạt được trong phạm vi góc tới được thiết kế. Thông qua phân tích lỗi, hiệu quả có thể được cải thiện bằng cách tối ưu hóa quá trình chế tạo. Nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng mô-đun kính thiên văn có thể là một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho việc điều khiển chùm tia phi cơ học để mở rộng phạm vi điều khiển hiện đang bị hạn chế (còn được gọi là trường liên quan). Ví dụ, đối với các ứng dụng LiDAR (phát hiện và phạm vi ánh sáng) ở λ = 905 nm, có thể mong đợi phạm vi góc ra tối đa là ± 27 °. So với mảng pha quang học hiệu quả cao (bộ định hướng chùm tia điện tử trưởng thành nhất) với dải trường tới ~ ± 5 °, có thể đạt được độ phóng đại 5,4. Đối với bước sóng hoạt động dài hơn, chẳng hạn λ = 1550 nm, phạm vi điều khiển có thể được mở rộng đến khoảng ± 37 °, tương ứng với độ phóng đại là 7,4. Về vấn đề này, nhóm nghiên cứu cũng đã đặc trưng hóa cấu hình chùm tia đầu ra để đảm bảo chất lượng cao của các mô-đun kính thiên văn và khả năng tương thích với các bộ định hướng chùm tia cao cấp.
Với công trình được trình bày, Wu và các đồng nghiệp đã chứng minh kính thiên văn phẳng thu nhỏ, trọng lượng nhẹ, hiệu quả về chi phí để phóng đại góc quang học dựa trên quang học phẳng polyme LC. Hiệu quả cao, hệ số phóng đại có thể chỉ định và chất lượng chùm tia tuyệt vời làm cho kính thiên văn được đề xuất có triển vọng cao cho các ứng dụng thực tế đòi hỏi công nghệ lái chùm tia laze tiên tiến. Quan trọng hơn, đây là một cột mốc mới cho quang học LC phẳng vượt ra khỏi sự phát triển hiện tại của nó.
John Trường Chung tổng hợp
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét