أرق من الشعرة.. كيف تغير العدسات الخارقة مستقبل كاميرات الهواتف الذكية؟

عدسات معدنية متعددة الطبقات تحقق طفرة في البصريات المحمولة والأجهزة الحديثة مثل الهواتف والطائرات بدون طيار والأقمار الصناعية، حيث طور فريق بحثي تصميمًا مبتكرًا يعتمد على تكديس طبقات من المواد الخارقة بدلًا من طبقة واحدة، مما يفتح آفاقًا جديدة لتجميع الضوء من أطوال موجية متعددة بكفاءة عالية دون التأثر بقيود المعادن التقليدية، ويمنح هذا التصميم المتقدم عدسات دقيقة وفعالة بشكل غير مسبوق.

تصميم العدسات المعدنية متعددة الطبقات لتطوير البصريات المحمولة

اعتمد العلماء في ابتكارهم على تصميم عدسات معدنية متعددة الطبقات تعمل على تحسين تركيز الضوء عبر أطوال موجية مختلفة في نفس الوقت، من خلال تكديس طبقات مع مواد خارقة تخترق حدود القيود المعدنية القديمة. هذا الأسلوب الخوارزمي أنتج هياكل نانوية معقدة بأشكال مستوحاة من الطبيعة مثل نباتات البرسيم والمراوح والمربعات، ما ساعد في رفع كفاءة الأداء وزيادة قابلية التوسع، إلى جانب استقلالية استقطاب الضوء التي تعزز من دقة الأجهزة المحمولة كما ورد في ساينس ديلي.

أوضح جوشوا جوردان الباحث في الجامعة الوطنية الأسترالية والباحث الأول في الورقة البحثية، أن التصميم الذي اعتمده الفريق يسمح بتركيز أطوال موجية متفرقة على مصدر ضوئي غير مستقطب وبقطر كبير بأريحية تتجاوز القيود التقليدية في العدسات المعدنية، وهو ما يفتح أمام التطبيقات الحديثة آفاقًا واسعة. كما أشار إلى سهولة تصنيع هذه العدسات، إذ يمكن بناء كل طبقة على حدة ثم تجميعها، نظرًا لانخفاض نسبة العرض إلى الارتفاع في أبعادها، بالإضافة إلى استقرارها أمام الاستقطاب واحتمالية تطويرها عبر تقنيات تصنيع أشباه الموصلات النانوية الناضجة.

قاد البحث فريق باحثين من جامعة فريدريش شيلر في يينا بألمانيا، ضمن مشروع ميتا-أكتيف الدولي للتدريب البحثي، وأظهرت التفاصيل التقنية في ورقتهم المنشورة في مجلة أوبتيكس إكسبريس مدى التقدم المحقق في تصميم العدسات المعدنية متعددة الطبقات التي تمثل نقلة نوعية في التقنيات البصرية.

مزايا العدسات المعدنية متعددة الطبقات وأثرها على الأجهزة المحمولة

تتميز العدسات المعدنية متعددة الطبقات بسمك يتراوح بين جزء صغير جدًا من سمك شعرة الإنسان، ما يجعلها أرق بكثير مقارنة بالعدسات التقليدية السميكة المستخدمة في الكاميرات وأجهزة التصوير التقليدية، وهو ما يفتح المجال لإنتاج أجهزة أصغر وأخف وزنًا مثل الهواتف النقالة والهياكل الفضائية الصغيرة. يمكن تصميم هذه العدسات بمجموعة خصائص فريدة مثل أطوال بؤرية قصيرة للغاية، ما يوسع من إمكانيات استخدامها في ميادين متعددة.

جوردان أكد أن عدسات معدنية ذات قدرة كبيرة على تجميع الضوء تمثل نقلة نوعية لأنظمة التصوير المحمولة المستقبلية، وتعد مثالية للطائرات بدون طيار وأقمار مراقبة الأرض حيث تم تكييفها لتكون صغيرة وخفيفة قدر الإمكان، ما يسهل دمجها في أجهزة ذات متطلبات مادية صارمة.

كيفية تصنيع العدسات المعدنية متعددة الطبقات وأبعادها الدقيقة

تُصنع العدسات المعدنية متعددة الطبقات عبر عمليات دقيقة على مراحل متتابعة، تبدأ بتصنيع كل طبقة على حدة، تليها عملية التعبئة والتكديس التي تتيح دمج الطبقات بشكل متجانس يدعم الأداء المطلوب، مما يضمن استقرارها وفعاليتها في ظروف مختلفة. هذا النهج يقدم ميزات متعددة أبرزها:

• سهولة التصنيع بسبب انخفاض نسبة العرض إلى الارتفاع لكل طبقة
• تحسين الأداء من خلال الهياكل النانوية المركبة
• استقلالية الضوء عن استقطابه مما يوسع مجال الاستخدام
• قابلية التوسع والتطوير عبر تقنيات أشباه الموصلات الحديثة

يبلغ سمك هذه العدسات أجزاء ضئيلة من سماكة شعرة الإنسان، ما يجعلها ضمن أدق العدسات المعدنية، وقد تم تصميمها بمرونة كبيرة لتتناسب مع احتياجات التطبيقات البصرية المتقدمة، لا سيما في الهواتف الذكية الحديثة والطائرات بدون طيار وأجهزة الأقمار الصناعية التي تتطلب حلاً بصريًا متطورًا يتسم بالخفة والدقة.

تلك التقنيات الحديثة تفتح آفاقًا جديدة للابتكار في التصوير المحمول، مما يسهل تصميم أجهزة خفيفة الوزن وأرق تبقى قادرة على توفير جودة بصرية فائقة، وهو ما يعد نقلة نوعية في عالم العدسات المعدنية متعددة الطبقات ومستقبل البصريات المحمولة.