2022年光学技术的发展与突破

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作者:
Anne Corning

虽然2022年刚刚过去一半,但物理学、纳米材料、天文学和计算机技术领域的研究人员已经在光学方面取得一些令人兴奋的科学进展。这些进展侧重于光学方面,或者通过光学技术实现。在本篇博客文章中,我们一起来看看一些值得关注的光学技术发展,尤其是具有近期和长远应用前景的最新光学技术。

Pancake镜头能否帮助推动AR/VR应用普及?

2022年初,Kopin公司推出了一款创新的VR光学设计,这是一款全塑料“煎饼型”镜头。传统的玻璃镜头往往会增加头戴式NED(近眼显示器)设备的重量,如增强现实、虚拟现实和混合现实设备。以前,塑料镜头仅可与至少一个球面玻璃镜头搭配使用,因为塑料材质的双折射(birefringence)效应将会引起图像缺陷。

Kopin公司的新型双元件设计采用几乎没有双折射效应的非球面塑料镜头,可提供更佳的图像质量。该新型Pancake(P80)镜头与Kopin公司的OLED微型显示器一起销售,将使VR头显变得更薄、更轻且更舒适,确保用户能够长时间佩戴使用。了解更多有关新型Pancake镜头与现有VR头显中内置的菲涅耳镜头之间区别。

Panasonic MeganeX_with Kopin lenses

Kopin公司的塑料Pancake镜头用于松下公司的新款MeganeX VR头显,尺寸比典型VR护目镜小得多。

宇宙空间是否有另一个地球?天文学家在地球附近发现一个多行星恒星系统

美国麻省理工学院(MIT)的天文学家们已经确定了一个距离地球仅33光年(10秒差距)的多行星恒星系统,使其成为地球最近的邻居之一。该恒星系统围绕一颗命名为HD 260655的小型M矮星运行,其拥有至少两颗地球大小的类地行星。但由于温度过高,无法维持液态地表水,这两颗行星不太可能适合居住,但它们为大气研究提供了良好的环境,甚至可能显示出碳基生命形式的迹象。

新行星的发现、分类和验证通常需要数年时间。就上述HD 260655恒星系统而言,凭借世界上一些最先进的望远镜和扫描系统收集到的数据宝库,这一过程要快得多。麻省理工学院(MIT)天体物理学家Michelle Kunimoto首先发现了其中一颗行星的迹象,这是美国国家航空航天局(NASA)凌日系外行星巡天卫星(TESS)任务的一部分

位于美国夏威夷凯克天文台的高分辨率中阶梯光栅光谱仪(HIRES)收集的数据很快证实了该天体物理学家的观察结果,该天文台拥有世界上最大的光学和红外望远镜(两台尺寸均为10.2 m)。其他必要的信息和确认则来自西班牙的 Calar Alto天文台,这些信息由该天文台的CARMENS系统,配备尺寸为3.5 m的望远镜(欧洲大陆最大的望远镜)以及近红外和光学中阶梯光栅光谱仪。 了解更多…

Keck Observatory, Hawaii USA

凯克天文台的双望远镜位于美国夏威夷莫纳克亚(Mona Kea)山顶的云层之上。

可重构且可调谐超表面的开发

超表面以及由超表面制成的超镜头是一种微小的光学元件,其可以操纵电磁波(光),就像传统镜头一样,但这种光学元件比一张纸还薄。这些纳米级组件是过去几年中行业内出现的一个令人兴奋的光学技术新领域,通常为无源类型,这意味着一旦制造完成,它们的特性将无法改变。

但现在,美国佐治亚理工学院电子与纳米技术研究所(IEN)的一个研究小组找到了一种可对相变材料(PCM)制成的超表面进行“调谐”的方法。因此,他们已经能够“记录11倍的反射特性变化、大范围的光谱调谐操作以及更快的调谐速度。”1

Metasurface patterns

不同的超表面配置(左侧三个图片)对光线进行操纵,以产生不同的特性(颜色、光束模式等)。将微小的纳米柱(最右侧)进行特定排列,以创建每个超表面配置。(图片:Nature Photonics

超表面和超镜头可能很快取代自动驾驶汽车中的激光雷达(LiDAR)、成像、光谱学、传感等应用所使用系统中内置的笨重光学组件。未来的潜在应用包括计算机技术、增强现实、生物危害检测和激光内窥镜检查。了解更多…

通过眼睛倾听:光学麦克风可以“看到”声音

即使是最先进的麦克风,当其捕捉声音(比如乐器)时,也无法消除周围环境中的所有背景噪音或声学影响。现在,业界推出了一种使用两个双快门相机和一个激光器的新颖系统,其可以感测像这样的高速、低幅度表面振动,以改进音频质量。这种新型成像系统由卡内基梅隆大学的研究人员们开发,其使用一个卷帘快门和一个全局快门,能够不受干扰地捕捉和重构孤立的音频,从而有效地“看到”声音。

很显然,该设备在音乐行业具有许多应用,可使音响工程师从整个管弦乐队中分离和微调单个乐器。除此之外,它还可以在制造环境中用于监测嘈杂工厂车间中单个设备的振动情况,以确保在需要维护时提供早期预警。了解更多…

城镇里出现一种新“虫子”:机器人萤火虫

对许多人而言,夏季最神奇的事情之一就是发现会发光的萤火虫,英文为fireflies,在有些地方也称为lightning bugs。现在,美国麻省理工学院(MIT)的研究人员们已经开发出一种机器人萤火虫。这种昆虫大小的飞行机器人采用软智能执行器,其可以发出不同颜色的光线。

Robotic fireflies_MIT

美国麻省理工学院(MIT)开发的微型机器人昆虫可以像萤火虫一样发光并起飞。

电致发光执行器用于控制微小的人造“肌肉”,使它们的翅膀能够移动。它们在飞行中将会发出白色光。在执行搜索和救援任务时,这些微型机器人可以飞入狭小或无法进入的空间,例如:倒塌建筑物的废墟中。了解更多…

只是要提醒大家的是,不要试图捕捉这些机器人萤火虫放在罐子里哦。祝大家度过一个愉快的夏天!

fireflies in a jar

 

 

CITATIONS

  1. Georgia Institute of Technology, “Shaping the future of light through reconfigurable metasurfaces,” Phys.Org,  May 16, 2022

 

 

radiant vision system wechat