Metalens đa màu: Công nghệ mới giúp camera điện thoại và drone 'lột xác'

Trong thế giới công nghệ, việc thu nhỏ và tối ưu hóa các linh kiện luôn là mục tiêu hàng đầu. Điều này cũng không phải là ngoại lệ trong lĩnh vực quang học và tâm điểm của sự chú ý hiện nay chính là metalens - một loại thấu kính phẳng, siêu mỏng.

Mặc dù sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội so với thấu kính thủy tinh truyền thống, các metalens hiện tại vẫn đối mặt với một thách thức lớn như không thể lấy nét hiệu quả nhiều màu sắc cùng lúc do bị hạn chế bởi những định luật vật lý.

Thấu kính kim loại siêu nhỏ metalens nhiều lớp thế hệ mới có khả năng lấy nét đồng thời nhiều màu sắc.

Thấu kính kim loại siêu nhỏ metalens nhiều lớp thế hệ mới với khả năng lấy nét đồng thời nhiều màu sắc

Tuy nhiên, một nhóm các nhà khoa học thuộc Trung tâm Xuất sắc ARC về Hệ thống Quang học Meta-Transformative (Úc) và Đại học Friedrich Schiller Jena (Đức) đã công bố một giải pháp mang tính cách mạng. Cụ thể hơn, nhóm đã phát triển một thiết kế metalens nhiều lớp hoàn toàn mới, vượt qua mọi giới hạn vật lý để lấy nét đồng thời nhiều màu sắc. Theo Joshua Jordaan, tác giả chính của nghiên cứu được công bố trên tạp chí Optics Express, thiết kế đa lớp này cho phép thu thập nhiều ánh sáng hơn, làm cho nó trở thành một ứng cử viên lý tưởng cho các thiết bị quang học di động.

Đột phá trong thiết kế và sản xuất

Để tạo ra metalens đột phá này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một thuật toán thiết kế ngược tiên tiến, cho phép họ tạo ra một thư viện khổng lồ với hơn 100.000 hình dạng siêu vật liệu độc đáo, với kích thước chỉ vài nanomet. Những hình dạng này không tuân theo các quy tắc thiết kế thông thường mà mang tính ngẫu nhiên và sáng tạo, như hình vuông bo tròn, cỏ ba lá bốn lá hay thậm chí là hình dạng chân vịt.

Điều làm nên sự khác biệt của công nghệ này là việc sử dụng phương pháp phân lớp. Bằng cách xếp chồng nhiều lớp siêu vật liệu lên nhau, họ có thể kiểm soát và điều chỉnh đường đi của ánh sáng một cách chính xác hơn so với thiết kế đơn lớp. Việc này không chỉ cho phép metalens mới lấy nét hiệu quả nhiều màu sắc khác nhau mà còn giúp hạn chế các lỗi sản xuất và không bị ảnh hưởng bởi sự phân cực của ánh sáng. Đây là yếu tố then chốt giúp công nghệ này có thể được sản xuất hàng loạt trong công nghiệp.

Ứng dụng thực tiễn và tiềm năng tương lai

Với kích thước siêu nhỏ, metalens đa lớp mang đến những ứng dụng rộng rãi và đầy hứa hẹn, đặc biệt là trong lĩnh vực camera di động và cả thiết bị bay không người lái (drone). Việc tích hợp metalens mới vào camera của drone sẽ giúp giảm đáng kể trọng lượng và kích thước, đồng thời nâng cao chất lượng hình ảnh, đặc biệt trong điều kiện ánh sáng phức tạp.

Đối với các nhà sản xuất smartphone Metalens phẳng, mỏng sẽ giúp loại bỏ những cụm camera lồi cồng kềnh, tạo ra thiết kế mỏng và đẹp hơn mà vẫn đảm bảo hiệu suất quang học vượt trội. Điều này không chỉ giúp tối ưu không gian bên trong thiết bị, giúp thiết kế camera smartphone mỏng hơn, mà còn giúp mang lại chất lượng hình ảnh sắc nét, chân thực hơn cho người dùng.

Metalens đa lớp này không chỉ là một bước tiến khoa học mà còn mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành công nghiệp quang học, từ các thiết bị tiêu dùng hàng ngày cho đến các ứng dụng chuyên nghiệp. Với khả năng vượt qua những hạn chế vật lý, công nghệ này hứa hẹn sẽ trở thành nền tảng cho các hệ thống quang học của tương lai.

Quỳnh Lâm