เมทัลเลนส์แก้วจิ๋ว 10 เซนติเมตร ถ่ายภาพอวกาศได้เทียบเท่ากล้อง NASA
นักวิจัยจากโรงเรียนวิศวกรรมศาสตร์และวิทยาศาสตร์ประยุกต์แห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด จอห์น เอ. พอลสัน (SEAS) ได้สร้างเลนส์ที่เรียกว่า เมทัลเลนส์ (Metalens) ที่ทำจากกระจกทั้งหมดขึ้นมา มันมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 10 เซนติเมตร และมีศักยภาพในการจับภาพที่มีความละเอียดสูงบนอวกาศได้ เช่น ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และวัตถุที่อยู่ห่างไกลอื่น ๆ ซึ่งถือเป็นเมทัลเลนส์ที่ทำจากแก้วทั้งหมดขนาดใหญ่ตัวแรกที่มีความยาวคลื่นที่มองเห็นได้
ทั้งนี้เมทัลเลนส์ คือเลนส์ประเภทหนึ่งที่ใช้โครงสร้างนาโนในเลนส์เพื่อโฟกัสแสงให้ได้ตามที่ต้องการ ต่างจากเลนส์ทั่วไปที่เป็นกระจกโค้ง หรืออาจจะทำจากวัสดุอื่น ๆ ข้อดีของเมทัลเลนส์คือสามารถควบคุมแสงในลักษณะที่เลนส์ทั่วไปไม่สามารถทำได้ นักวิจัยสามารถควบคุมเฟสของแสงที่ผ่านพื้นผิวของเลนส์ ทำให้สามารถควบคุมความยาวโฟกัสของเลนส์และคุณสมบัติทางแสงอื่น ๆ ได้อย่างแม่นยำ ส่งผลให้ได้เลนส์ที่มีขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบา และมีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น
โดยทีมวิจัยเริ่มการวิจัยนี้ในปี 2019 โดยการพัฒนาเมทัลเลนส์ขนาดเล็กในระดับเซนติเมตร โดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า using deep-ultraviolet (DUV) projection lithography เป็นการพิมพ์รูปแบบโครงสร้างนาโนลงบนวัสดุโดยตรง ซึ่งในกรณีนี้ก็คือพิมพ์โครงสร้างนาโนจำนวน 18,700 ล้านชิ้น ลงบนแผ่นแก้วทรงกลมที่มีขนาดเพียง 10 เซนติเมตร โดยตรงเพื่อให้ได้คุณสมบัติทางแสงที่ต้องการ วิธีการนี้ทำให้สามารถพัฒนาเมทัลเลนส์ที่ทำจากแก้วทั้งหมดที่ให้ความสามารถในการถ่ายภาพที่ดีขึ้น เพิ่มประสิทธิภาพการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์
หลังจากนั้นนักวิจัยได้นำเมทัลเลนส์นี้ไปจับภาพวัตถุบนท้องฟ้า ทดลองที่ศูนย์วิทยาศาสตร์ฮาวาร์ด โดยนำเมทัลเลนส์ติดอยู่บนขาตั้งกล้องพร้อมฟิลเตอร์สีและเซ็นเซอร์กล้อง และผลปรากฏว่ามันสามารถถ่ายภาพดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และเนบิวลาจาง ๆ ที่อยู่ห่างจากโลกประมาณ 2,590 ปีแสงได้ ภาพที่ได้นั้นมีรายละเอียดเทียบได้กับภาพที่ถ่ายด้วยเลนส์ทั่วไป นอกจากนี้ยังได้ใช้เมทัลเลนส์นี้ถ่ายภาพกลุ่มจุดดับบนดวงอาทิตย์ความละเอียดใกล้เคียงกับที่นาซาถ่ายได้ในวันเดียวกัน การเปรียบเทียบนี้บอกเป็นนัยว่า เมทัลเลนส์สามารถถ่ายภาพความละเอียดสูงเทียบเท่ากับเทคโนโลยีการถ่ายภาพของนาซา
รูปพระจันทร์และรูปเนบิวลา North America ในกลุ่มดาวซิกนัส (Cygnus) ถ่ายโดยเมทัลเลนส์
เมทัลเลนส์นี้สามารถผลิตได้จำนวนมากโดยใช้เทคโนโลยีการผลิต CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor : วิธีการผลิตแบบหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตวงจรรวม รวมถึงไมโครโปรเซสเซอร์ ชิปหน่วยความจำ และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ) แบบเดิม ในปัจจุบันมันถูกนำไปใช้ในหลากหลายอุตสาหกรรม เช่น การสร้างเลนส์กล้องจุลทรรศน์ที่มีความละเอียดสูง การนำไปใช้กับระบบการสื่อสารด้วยแสง ซึ่งสามารถใช้เพื่อโฟกัสและส่งสัญญาณแสงโดยตรง หรือการนำไปใช้ในเทคโนโลยีความจริงเสริม (AR) และความจริงเสมือน (VR) เพื่อให้ได้ประสบการณ์ที่สมจริงมากขึ้น
นอกจากนี้เมทัลเลนส์นี้ยังมีความทนทานในหลายสภาพแวดล้อม ทั้งสัมผัสกับความร้อนจัดและเย็นจัด หรือการทดลองให้อยู่ในสภาพแวดล้อมจำลองของการปล่อยยานอวกาศที่มีการสั่นสะเทือนอย่างรุนแรง ความทนทานนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานในการสำรวจอวกาศในอนาคต
ที่มาข้อมูล InterestingEngineering
ที่มารูปภาพ Eurekalert