Физики из Университета Штуттгарта напечатали серию одно-, двух- и трех линзовых объективов, диаметр которых не превышает 200 микрон. Объективы крепятся к светочувствительной матрице или оптоволокну, и, благодаря их небольшим размером, могут вводиться в тело человека через шприц. Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics, кратко о нем сообщает Phys.org.

Схемы объективов и хода лучей, падающих под разными углами. Снизу — смоделированные фотографии тестовой таблицы. Timo Gissibl et al. / Nature Photonics, 2016

Для создания объективов авторы использовали метод 3D-печати, совмещенный с литографическими процессами. Будущий материал для линзы наносился слой за слоем, по 100 нанометров в слое, и обрабатывался фемтосекундными импульсами лазера. Последние изменяли химические свойства материала, что позволяло растворить лишние фрагменты и получить линзы заданной формы. Для повышения точности печати ученые использовали эффект двухфотонного поглощения.

Фотография объектива, напечатанного на оптоволоконном кабеле. Timo Gissibl et al. / Nature Photonics, 2016

Серия объективов, напечатанных физиками (сверху). Изображения, полученные на светочувствительной матрице с их помощью (снизу). Timo Gissibl et al. / Nature Photonics, 2016

Физики отмечают, что весь путь от разработки до непосредственно создания объектива занимает всего лишь несколько часов. В частности, авторам удалось изготовить трехлинзовый объектив-триплет, располагаемый на оптоволоконном кабеле. С его помощью можно фокусироваться на объектах, расположенных в трех миллиметрах от объектива и передавать изображение по 1,7-метровому оптоволокну.

Слева снизу — постановка эксперимента по съемке с помощью оптоволокна. Слева сверху — снимок волокна в профиль. Справа — примеры снимков. Timo Gissibl et al. / Nature Photonics, 2016

Напечатанные объективы обладают высоким разрешением — так, в центре изображения эта величина доходит до 400 линий на миллиметр. Компьютерное моделирование предсказывает, что для используемых объективов можно добиться разрешения на 25 процентов большего. Кроме того, авторы допускают, что на линзы можно будет нанести антиотражающие покрытия и дополнительно улучшить качество оптических приборов.

Миниатюрные камеры могут найти применение в эндоскопических исследованиях —как в промышленности, так и в медицине. В частности, авторы утверждают, что с помощью разработанной технологии теоретически возможно создать миниатюрные микроскопы и в режиме реального времени изучать активность нейронов.

Для создания сверхкомпактных камер инженеры используют различные подходы. К примеру, группа британских физиков используя метаматериалы создала плоские линзы, не уступающие по качеству современным объективам микроскопов. Позднее инженерам удалось «модифицировать»;http://www.nanonewsnet.ru/news/2016/fotony-v-metalinze-podelyatsya-na-levykh-pravykh материал линз так, чтобы научить их различать свет с разной поляризацией и фокусировать его в разных точках. Другой подход к миниатюризации камер — полный отказ от использования объективов.

Автор: Владимир Королёв