麻省理工学院朱棣文教授 一种新的麻省理工学院制造的金属在没有倾斜、移动或其他移动的情况下转移焦点
这种设计可以为无人机、手机或夜视镜提供微型变焦镜头
学分:麻省理工学院 几个世纪以来，抛光玻璃一直是成像系统的中心
它们精确的曲率使透镜能够聚焦光线并产生清晰的图像，无论眼前的物体是一个细胞、一本书的一页还是一个遥远的星系
改变焦距以便在所有这些比例下看得更清楚，通常需要通过倾斜、滑动或以其他方式移动透镜来物理移动透镜，通常借助于增加显微镜和望远镜体积的机械部件
现在，麻省理工学院的工程师已经制造出一种可调的“金属”，这种金属可以聚焦在多个深度的物体上，而不会改变其物理位置或形状
透镜不是由固体玻璃制成，而是由透明的“相变”材料制成，这种材料在加热后可以重新排列其原子结构，从而改变材料与光相互作用的方式
研究人员用微小、精确的图案化结构蚀刻材料表面，这些结构共同作为“元表面”，以独特的方式折射或反射光线
随着材料属性的改变，亚表面的光学功能也随之改变
在这种情况下，当材料处于室温时，亚表面聚焦光线，在一定距离处生成物体的清晰图像
材料被加热后，其原子结构会发生变化，作为响应，元表面会将光线重定向到更远的物体上
通过这种方式，新的活性“金属”可以调整其焦点，而不需要庞大的机械元件
这种新颖的设计目前可以在红外波段成像，可能会使光学设备更加灵活，比如无人机的微型热镜、手机的超小型热像仪和低姿态夜视镜
麻省理工学院材料研究实验室的研究科学家古天说:“我们的结果表明，我们的超薄可调透镜，没有移动部件，可以实现位于不同深度的重叠物体的无像差成像，与传统的笨重的光学系统相媲美。”
顾和他的同事今天在《自然通讯》杂志上发表了他们的研究结果
他的合著者包括胡觉军、米哈伊尔·沙拉吉诺夫、、、彼得·苏、、杜清扬和麻省理工学院的阿努拉达·阿加沃；麻省理工学院林肯实验室的弗拉基米尔·利伯曼、杰弗里·周和克里斯托弗·罗伯茨；麻省大学洛厄尔分校、中佛罗里达大学和洛克希德·马丁公司的合作者
重大调整 这种新镜头是由一种相变材料制成的，该团队通过调整可重写光盘和数字视盘中常用的材料来制造这种材料
它被称为谷胱甘肽硫转移酶，由锗、锑和碲组成，当用激光脉冲加热时，它的内部结构会发生变化
这允许材料在透明和不透明状态之间切换——这种机制使得存储在光盘中的数据能够被写入、擦除和重写
今年早些时候，研究人员报告说，在商品及服务税中加入了另一种元素硒，制成了一种新的相变材料:GSST
当他们加热这种新材料时，它的原子结构从无定形的、无序的原子缠结转变为更有序的晶体结构
这种相移也改变了红外光穿过材料的方式，影响了折射能力，但对透明度的影响很小
研究小组想知道，GSST的转换能力是否可以根据其所处的阶段，在特定的点对光线进行定向和聚焦
这种材料可以作为一个主动透镜，而不需要机械部件来转移焦点
“一般来说，当一个人制作一个光学器件时，在制作后调整它的特性是非常具有挑战性的，”沙拉吉诺夫说
“这就是为什么拥有这种平台对光学工程师来说就像是一个圣杯，让[金属公司能够有效地在大范围内切换焦点
" 在困境中 在传统的透镜中，玻璃被精确地弯曲，使得入射光束以不同的角度折射离开透镜，会聚在一定距离外的一点，称为透镜的焦距
然后，透镜可以在特定距离上产生任何物体的清晰图像
要在不同深度成像，镜头必须物理移动
研究人员没有依靠材料的固定曲率来引导光线，而是试图通过改变材料的相位来改变GSST金属的焦距
在他们的新研究中，他们制作了1微米厚的GSST层，并通过将GSST层蚀刻成以不同方式折射光线的各种形状的微观结构来创建“亚表面”
“构建在不同功能之间切换的元曲面是一个复杂的过程，需要明智地设计使用何种形状和模式，”顾说
“通过了解材料的行为，我们可以设计出一种特定的模式，这种模式将聚焦在非晶态的某一点，然后转变到晶态的另一点
" 他们测试了这种新金属，把它放在一个舞台上，用一束调谐到红外线波段的激光束照射它
在镜头前一定距离处，他们放置了由水平和垂直条的双面图案组成的透明物体，称为分辨率图表，通常用于测试光学系统
在最初的无定形状态下，透镜产生了第一个图案的清晰图像
研究小组随后加热透镜，将材料转变为晶相
在转换之后，随着加热源的移除，镜头产生了同样清晰的图像，这一次是第二组更远的条
“我们在两个不同的深度演示成像，没有任何机械运动，”沙拉吉诺夫说
实验表明，金属可以主动改变焦点，而不需要任何机械运动
研究人员说，金属有可能用集成微加热器制造，用毫秒级的短脉冲快速加热材料
通过改变加热条件，它们还可以调谐到其他材料的中间状态，从而实现连续聚焦调谐
沙拉吉诺夫说:“这就像做牛排一样——从生牛排开始，可以做得很熟，也可以做得半熟，以及两者之间的任何东西。”
“在未来，这个独特的平台将允许我们任意控制金属的焦距
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