能想象有一天使用像一張紙一樣薄的望遠(yuǎn)鏡，或者一個(gè)更小、更輕巧的高性能相機(jī)嗎？或者智能手機(jī)后面的攝像頭不再凸出？

在《自然-通訊》上發(fā)表的一篇論文中，來自渥太華大學(xué)的研究人員提出了一種新的光學(xué)元件 - 空間板，它可以極大地微型化光學(xué)設(shè)備，可能會(huì)影響到我們生活中的許多應(yīng)用。光在傳播時(shí)會(huì)自然"散開"，每一個(gè)光學(xué)設(shè)備都依賴于這種散開；如果沒有它，我們就不知道如何設(shè)計(jì)相機(jī)。

空間板的工作原理

例如，在每個(gè)望遠(yuǎn)鏡中，在目鏡和物鏡之間都有一個(gè)很大的間隙，以便給光提供傳播空間。研究人員開發(fā)的空間板模擬了光在一個(gè)小設(shè)備中傳播一段大距離所經(jīng)歷的過程。對(duì)光來說，空間板看起來比它所占據(jù)的空間 "更多"。在某種程度上，空間板是鏡頭的對(duì)應(yīng)物，做鏡頭不能做的事情，縮小整個(gè)成像系統(tǒng)。

這篇論文介紹了空間板的概念，通過實(shí)驗(yàn)證明了它，并表明它與可見光譜中的光兼容。這很令人興奮，因?yàn)檫@個(gè)設(shè)備將讓我們縮小各種非常大的設(shè)備，包括原理認(rèn)為在光學(xué)領(lǐng)域不可能實(shí)現(xiàn)小型化的設(shè)備。為了設(shè)計(jì)它，研究人員想出一套新的規(guī)則，與透鏡設(shè)計(jì)中使用的規(guī)則不相容。

一個(gè)先進(jìn)的空間板可以實(shí)現(xiàn)紙一樣薄的望遠(yuǎn)鏡或相機(jī)，它可以用來消除目前智能手機(jī)背面的相機(jī)凸起模塊。研究人員表示，攝影師經(jīng)常攜帶有巨大長(zhǎng)焦鏡頭的大型相機(jī)。如果我們能夠充分改善空間板的性能，有可能建造更小、更輕、性能更好的相機(jī)。特別是，空間板與金屬透鏡相結(jié)合，將使我們能夠把整個(gè)背部表面，例如iPhone 11 Pro Max，變成一個(gè)扁平超薄的相機(jī)，它的分辨率和低光性能將比那些大而重的相機(jī)好14倍之多。

研究人員目前正在努力開發(fā)這種技術(shù)的下一代產(chǎn)品，嘗試提高壓縮系數(shù)，并改善整體性能，將壓縮系數(shù)從5倍提高到100倍以上，并提高總的光傳輸量。

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https://www.nature.com/articles/s41467-021-23358-8