Yeni ultra-ince meta-optikler yeni nesil termal görüntülemeyi mümkün hale getirebilir. Çeşitli sektörlerde görüntüleme teknolojilerine olan bağımlılığın artması, hafif ancak yüksek kaliteli optik sistemleri gerektirmekte. Karanlıkta, dumanda ve siste görüş sağlayan uzun dalga boylu kızılötesi (LWIR) görüntüleme, geleneksel olarak germanyum gibi pahalı malzemelerden yapılmış hacimli kırılma mercekleri kullanır ve bu da yaygın kullanımı engelliyor.
Meta optikler termal çözüm sağlayacak
Son gelişmeler, nanosütun dizilerinden oluşan mühendislik metayüzeylerinden yararlanan meta-optik yoluyla bir çözüm öneriyor. Bu meta yüzeyler, ışığı manipüle etmek için kontrollü faz kaymaları sağlıyor. Geleneksel optiklerle karşılaştırılabilir ancak kalınlığı azaltılmış sonuçlar elde ediyor. Verilen söze rağmen, özellikle LWIR uygulamalarında renk sapmaları gibi zorluklar devam ediyor. Bu konuyu ele alan Washington Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, uzaysal frekanslar arasında görüntü kontrastını korumak için modülasyon transfer fonksiyonunu (MTF) optimize eden yeni bir tasarım çerçevesi olan “MTF mühendisliğini” tanıttı.
Doçent Arka Majumdar liderliğindeki ekip, meta-optik tasarımı hızlandırmak için ters tasarım teknikleri ve derin sinir ağlarını (DNN’ler) kullanıyor. Sütun şeklini ve düzenlemesini optimize ederek geniş alan optiklerinin hızlı optimizasyonunu sağlıyor. MTF eğrisi alanıyla ilgili sezgisel değer (FoM) değerleri, lens aracılığıyla en iyi bilgi aktarımını sağlayarak görüntü kalitesini artırıyor.
Tasarımlarını tek bir silikon levhadan üreten ekibin germanyum içermeyen LWIR görüntüleme sistemi, ticarileşme yönündeki ilerlemeyi temsil ediyor. Ayrıca GitHub’da ücretsiz olarak erişilebilen MTF mühendislik çerçeveleri “metabox”ı da demokratikleştirerek küresel araştırmacılara meta-optik tasarlama yetkisi verdi.
Majumdar yaptığı açıklamada: “Liyakat rakamı MTF eğrisinin altındaki alanla ilgili. Buradaki fikir, MTF’de yakalanan mercekten mümkün olduğunca fazla bilgi aktarmak. Daha sonra, hafif bir hesaplamalı arka uçla birleştirildiğinde yüksek kaliteli bir görüntü elde edebiliriz” dedi. Bu araştırma laboratuvarın ötesine uzanıyor ve görüntüleme teknolojilerine bağımlı olan endüstrileri etkiliyor. Hafif, yüksek performanslı meta-optik sistemler tüketici elektroniği, ulusal güvenlik ve diğer sektörlerde gelişmiş yetenekler vaat ediyor. Ekip, çerçevelerini açık erişim olarak sunarak dünya çapında meta-optik tasarımda işbirliğini ve yeniliği teşvik ediyor.
Meta-optik, geleneksel LWIR görüntüleme sistemlerinin zorluklarına hafif bir formda gelişmiş performans sunarak umut verici bir çözüm sunuyor. Washington Üniversitesi araştırmacıları tarafından geliştirilen MTF mühendisliği çerçevesi, hızlı optimizasyonu kolaylaştırıyor. Görüntü kalitesini artırarak çeşitli uygulamalarda optik sistemlerdeki ilerlemeleri artırıyor.
