Metasoczewki mogą być oczekiwaną od dawna rewolucją w optyce

Żyjemy w świecie, w którym z biegiem czasu elektronika stale się kurczy. Być może powoli docieramy do granicy miniaturyzacji układów krzemowych, ale nadal wokół nas dzieją się rzeczy, które nie śniły się futurologom sprzed kilkudziesięciu lat. Sam kilka lat temu nie uwierzyłbym, że będę pisać tekst na komputerze niewiele grubszym od długopisu.

W tym pędzącym świecie branża fotografii stoi w rozkroku, na dodatek w takim, który jest coraz mniej stabilny. Z jednej strony aparaty bazują na kurczącej się elektronice, ale z drugiej są ograniczane optyką, a tutaj prawa fizyki są nieubłagane.

Mimo stosowania coraz doskonalszych typów szkła, nowych metod jego obróbki, a także nowoczesnych powłok, soczewki obiektywu nadal muszą mieć określoną wielkość, by odpowiednio załamywać światło.

W ciągu ostatniego półwiecza komputery zmniejszyły się z rozmiaru szafy do wielkości małej tabliczki mieszczącej się w kieszeni. W tym samym czasie rozmiar obiektywów nie uległ zmianie… lub wręcz urósł, bo pojawiła się w nich elektronika.

Cierpią na tym zwłaszcza użytkownicy bezlusterkowców i smartfonów. Ci pierwsi są skazani na duże obiektywy podłączane do coraz bardziej miniaturowych korpusów, a ci drudzy muszą pogodzić się z faktem, że smartfony nie mają zoomu optycznego.

Oczywiście pojawiają się wyjątki, w końcu kreatywność producentów nie zna granic. Można stworzyć gorszy i mniejszy obiektyw i próbować „naprostować” jego wady oprogramowaniem. Można też zrobić grubego smartfona z wysuwanym obiektywem. Tyle tylko że są to rozwiązania bardzo kompromisowe, które nie zyskały poklasku na rynku konsumenckim.

Jak działa standardowa soczewka wie każdy, kto ukończył szkołę podstawową. Światło przy przejściu przez dwa różne ośrodki załamuje się. Producenci tworząc swój własny ośrodek (szklaną soczewkę) mogą dokładnie kontrolować sposób tego załamania poprzez odpowiednie zakrzywienie krawędzi.

Naukowcy z Harvardu opracowali metodę, która wywraca ten schemat do góry nogami. Mowa o „metasoczewkach”, czyli nowych, zaawansowanych technologicznie strukturach. Zamiast zakrzywionego kawałka szkła mamy tu do czynienia z płaską warstewką przezroczystego kwarcowego podkładu na którym są ustawione nanokonstrukcje utworzone z dwutlenku tytanu. Ich rozmiar to zaledwie 600 nm.

Te konstrukcje wyglądają jak usystematyzowany układ klocków domina, tyle że są one wykonane w skali nano, co oznacza, że taka soczewka może być cieńsza od ludzkiego włosa. Precyzyjnie zaprojektowany układ tworzy wzory, z których każdy załamują inną długość światła. W ten sposób można kontrolować załamywanie promieni światła nie poprzez układ grubych soczewek, a poprzez rozstawienie nanostruktur na pojedynczej warstwie materiału.

Nanosoczewki są pozbawione większości wad standardowych soczewek. Odpowiednio zaprojektowany układ nie generuje aberracji chromatycznych ani dystrosji, a na dodatek może generować obraz o wiele ostrzejszy od standardowych soczewek! Jakby tego było mało, nanosoczewki mają być tanie w produkcji, bowiem mogłyby powstawać w tych samych fabrykach co mikroprocesory.

Ta technologia dopiero się rodzi, a naukowcy muszą rozwiązać wiele problemów. Obecnie największym z nich jest zapewnienie kolorowego obrazu. Nanosoczewki produkowane obecnie nie są w stanie odpowiednio załamać wszystkich długości fal widzialnego spektrum światła, czyli nie potrafią przenieść wszystkich kolorów. Naukowcy pracują nad tym problemem.

Jeśli pomysł wypali, będzie to ogromna zmiana, która ma realną szansę na zrewolucjonizowanie wielu dziedzin życia. Zanim rozwiązanie trafi do aparatów, może trafić do medycyny (soczewki kontaktowe, mikroskopy), nauki (teleskopy, urządzenia pomiarowe), czy do zastosowań wojskowych. Możliwości są wręcz nieskończone.

A jeśli chodzi o aparaty? Kto wie, może obiektywy jutra będą przypominały niewielkie płyty CD. Dziesiątki obiektywów noszonych w kieszeni? Jestem za!