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Wednesday, June 16, 2021

स्पेसप्लेट लाइट मैनिपुलेशन: अपने कैमरा बंप को अलविदा कहें और पेपर थिन टेलीस्कोप को हैलो करें

उन्नत प्रकाशिकी अवधारणा

“स्पेसप्लेट” की अवधारणा प्रकाश में हेरफेर करने का एक नया तरीका है जिससे पेपर पतले कैमरे, टेलीस्कोप हो सकते हैं।

क्या आप कल्पना कर सकते हैं कि एक दिन टेलिस्कोप का उपयोग कागज की एक शीट के रूप में पतली है, या एक बहुत छोटा और हल्का उच्च प्रदर्शन वाला कैमरा है? या अब वह कैमरा आपके स्मार्टफोन के पीछे नहीं है?

में प्रकाशित एक पेपर में प्रकृति संचार, ओटावा विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक नया ऑप्टिकल तत्व प्रस्तावित किया है जो इन विचारों को नाटकीय रूप से ऑप्टिकल उपकरणों को छोटा करके वास्तविकता में बदल सकता है, संभावित रूप से हमारे जीवन में कई अनुप्रयोगों को प्रभावित कर सकता है।

इस परियोजना के बारे में अधिक जानने के लिए, हमने रॉबर्ट बॉयड समूह में एक वरिष्ठ पोस्टडॉक्टरल फेलो, और अनुसंधान प्रमुख डॉ जेफ लुंडिन, जो क्वांटम फोटोनिक्स में कनाडा रिसर्च चेयर, विभाग में एसोसिएट प्रोफेसर हैं, के प्रमुख लेखक डॉ। ओरैड रेशेफ से बात की। ओटावा विश्वविद्यालय में भौतिकी के, और लुंडिन लैब के प्रमुख।

स्पेसप्लेट ऑपरेटिंग सिद्धांत

स्पेसप्लेट का संचालन सिद्धांत। ए, एक स्पेसप्लेट डेफ की प्रसार लंबाई को मोटाई डी में संपीड़ित कर सकता है। उदाहरण के लिए, कोण पर स्पेसप्लेट पर एक बीम घटना उसी कोण पर उभरेगी और लंबाई w (जिसके परिणामस्वरूप पार्श्व बीम शिफ्ट Δx) द्वारा अनुप्रस्थ रूप से अनुवादित किया जाएगा, जैसे कि यह मुक्त स्थान की कमी के लिए होगा। बी, एक इमेजिंग सिस्टम जैसे एक मानक कैमरा (शीर्ष) में एक स्पेसप्लेट जोड़ने से कैमरा (केंद्र) छोटा हो जाएगा। एक धातु और एक स्पेसप्लेट को सीधे एक सेंसर (नीचे) पर एकीकृत करके एक अल्ट्राथिन मोनोलिथिक इमेजिंग सिस्टम बनाया जा सकता है। क्रेडिट: ओरैड रेशेफ और जेफ लुंडिन

क्या आप अपनी टीम द्वारा विकसित नए ऑप्टिकल तत्व, स्पेसप्लेट का वर्णन कर सकते हैं?

ओराद रेशेफ: “प्रकाश स्वाभाविक रूप से” फैलता है “जब यह यात्रा कर रहा होता है और हम जिस ऑप्टिकल डिवाइस के बारे में जानते हैं वह इस फैलाव पर निर्भर करता है; हमें नहीं पता होगा कि इसके बिना कैमरे कैसे डिजाइन करें। उदाहरण के लिए, प्रत्येक दूरबीन में प्रकाश को फैलने के लिए जगह देने के लिए ऐपिस और ऑब्जेक्टिव लेंस के बीच एक बड़ा अंतर होता है।

“एक स्पेसप्लेट उसी फैलाव को अनुकरण करता है जो प्रकाश एक छोटे से उपकरण में बड़ी दूरी की यात्रा का अनुभव करेगा। प्रकाश के लिए, एक स्पेसप्लेट “अधिक स्थान” की तरह दिखता है, जितना वह घेरता है। एक तरह से, स्पेसप्लेट लेंस का एक प्रतिरूप है, ऐसे काम करना जो लेंस पूरे इमेजिंग सिस्टम को सिकोड़ने के लिए नहीं कर सकता।

“हमने अपने पेपर में एक स्पेसप्लेट का विचार पेश किया, प्रयोगात्मक रूप से इसका प्रदर्शन किया और दिखाया कि यह दृश्यमान स्पेक्ट्रम में ब्रॉडबैंड लाइट के साथ संगत है जिसे हम देखने के लिए उपयोग करते हैं।”

जेफ लुंडिन: “हमने सोचा कि क्या होगा यदि आप प्रकाश किरण की स्थिति के बजाय कोण के आधार पर प्रकाश में हेरफेर करते हैं। लेंस किरण की स्थिति के माध्यम से कार्य करते हैं। कोण पूरी तरह से एक नया डोमेन है, और किसी ने यह नहीं दिखाया था कि इसका उपयोग कुछ विशेष रूप से उपयोगी बनाने के लिए किया जा सकता है। हमने स्पेस को कंप्रेस करते हुए एक उपयोगी एप्लिकेशन की पहचान की। और फिर हमने दिखाया कि हम वास्तव में प्लेटों को डिजाइन और प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित कर सकते हैं जो वास्तव में ऐसा करते हैं।”

ओराड रेशेफ: “यह रोमांचक है क्योंकि यह डिवाइस हमें सभी प्रकार के बहुत बड़े उपकरणों को कम करने देगा जो हमने सोचा था कि ऑप्टिक्स में छोटा करना असंभव था। इसे डिजाइन करने के लिए, हमें नियमों के एक नए सेट के साथ आने की जरूरत है जो लेंस डिजाइन में उपयोग किए गए नियमों के साथ असंगत है। कोई नहीं जानता कि वे क्या हैं, यह जंगली पश्चिम की तरह है।”

आप इस विचार के साथ कैसे आए?

जेफ लुंडिन: “ओराड रेशेफ अपनी स्थिति (जैसे मेटा-लेंस या अधिक सामान्यतः, मेटा-सतह) के आधार पर एक किरण में हेरफेर करने के लिए नैनो तकनीक का उपयोग करने में विशेषज्ञ है। हम इन मेटा-सतहों के साथ प्रकाश में हेरफेर करने की सीमाओं पर लापरवाही से चर्चा कर रहे थे और मैंने कहा कि इसके कोण के आधार पर प्रकाश में हेरफेर करना अच्छा होगा।

“डॉ. रेशेफ को तुरंत विश्वास हो गया था कि वह कुछ ऐसा डिजाइन और गढ़ सकता है जो ऐसा कर सकता है और मैंने बाद में निष्कर्ष निकाला कि सबसे आसान लक्ष्य प्रसार (यानी प्रसार) के लिए आवश्यक स्थान को बदलना होगा।

“अगले कुछ महीनों के दौरान, डॉ बॉयड और डॉ रेशेफ के साथ चर्चा में, हमने धीरे-धीरे महसूस किया कि ऐसा उपकरण कितना अद्भुत और उपयोगी होगा। डॉ. रेशेफ और मैं दोनों ही व्यवहार्य और पूरी तरह से अलग डिजाइनों के साथ आए, जिससे पता चला कि इस तरह के उपकरण को बनाने के कई तरीके हैं। हमने अपने पेपर में तीन का अध्ययन किया लेकिन और भी आ रहे हैं। ”

इस तकनीक का उपयोग कैसे किया जा सकता है? हमारे दैनिक जीवन में स्पेसप्लेट के अनुप्रयोग क्या हैं?

ओरैड रेशेफ: “एक स्पेसप्लेट का उपयोग कई ऑप्टिकल सिस्टम को छोटा करने के लिए किया जा सकता है, चाहे वह डिस्प्ले हो या सेंसर। उदाहरण के लिए, एक उन्नत स्पेसप्लेट कागज-पतली दूरबीनों या कैमरों को सक्षम कर सकता है; इसका उपयोग आपके स्मार्टफोन के पीछे “कैमरा बम्प” को हटाने के लिए किया जा सकता है।

जेफ लुंडिन: “लोग बड़े टेलीफोटो लेंस वाले बड़े कैमरों के आसपास घूमते हैं। यदि हम स्पेसप्लेट के प्रदर्शन में पर्याप्त रूप से सुधार कर सकते हैं, तो मैं बेहतर प्रदर्शन के साथ छोटे, हल्के कैमरों के निर्माण की संभावना की कल्पना करता हूं। विशेष रूप से, धातु के साथ संयुक्त स्पेसप्लेट हमें एक आईफोन मैक्स की पूरी पिछली सतह को एक फ्लैट और पतले कैमरे में बनाने की अनुमति देगा। इसमें उन बड़े और भारी कैमरों की तुलना में 14 गुना बेहतर रिज़ॉल्यूशन और कम रोशनी वाला प्रदर्शन होगा।

“पतले और छोटे कैमरे स्वास्थ्य देखभाल सहित विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में उपयोगी होंगे, जहां कैमरा गोलियां या एंडोस्कोप धमनियों या पाचन तंत्र के अंदर देख सकते हैं।”

अगले चरण क्या हैं?

ओराद रेशेफ: “हम इस तकनीक की अगली पीढ़ी को विकसित करने के लिए कड़ी मेहनत कर रहे हैं। हम संपीड़न कारक को बढ़ाने और समग्र प्रदर्शन में सुधार करने का प्रयास करना चाहते हैं। हमारे पास पहले से ही कंप्रेशन फैक्टर को 5 से बढ़ाकर 100 गुना करने और कुल ट्रांसमिशन को बढ़ाने के लिए कुछ डिज़ाइन हैं। ऐसा करना जारी रखने के लिए, हमें पूरी तरह से नए डिजाइन प्रतिमान के साथ आने की जरूरत है।”

कोई अंतिम विचार?

ओराद रेशेफ: “यह आश्चर्यजनक है कि लेंस जैसे ऑप्टिकल तत्व एक सहस्राब्दी के आसपास रहे हैं और उनके डिजाइन नियमों को 400 से अधिक वर्षों से अच्छी तरह से समझा गया है, और फिर भी हम अभी भी इमेजिंग के लिए ऐसे मौलिक नए ऑप्टिकल तत्वों की खोज कर रहे हैं।”

संदर्भ: “अंतरिक्ष को बदलने के लिए एक ऑप्टिक और अल्ट्रा-थिन इमेजिंग सिस्टम की दिशा में इसका अनुप्रयोग” 10 जून 2021, प्रकृति संचार.
डीओआई: १०.१०३८/एस४१४६७-०२१-२३३५८-८

यह शोध यूओटावा में दो भौतिकी प्रोफेसरों के दो शोध समूहों, क्वांटम नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स में कनाडा रिसर्च चेयर रॉबर्ट बॉयड और क्वांटम फोटोनिक्स में कनाडा रिसर्च चेयर जेफ लुंडिन के बीच एक सहयोग है। दोनों समूह क्वांटम फोटोनिक्स (सीईआरसी) में कनाडा एक्सीलेंस रिसर्च चेयर ग्रुप के हिस्से के रूप में एक साथ मिलकर काम करते हैं, जिसे रॉबर्ट बॉयड (सह-लेखक), क्वांटम नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स में सीईआरसी पुरस्कार विजेता द्वारा इकट्ठा किया गया है।

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