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扁平、刀片薄望远镜透镜可能改变深空成像的游戏——而且生产可能很快开始

(2025-03-31 08:20:19)

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扁平、刀片薄望远镜透镜可能改变深空成像的游戏——而且生产可能很快开始

By Owen Hughes published yesterday

在被美国宇航局和美国高级研究计划局资助的一项新研究中，科学家已经开发了一种不可能的薄的解决一个关键的天文挑战的望远镜透镜。

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(Image credit: The Menon Lab/The University of Utah)

科学家们说，一种新型的平面、刀片薄的望远镜透镜可能通过在飞机和卫星上安装轻重量但功能强大的望远镜成为可能变革深太空凝视。

折射望远镜通常使用弯曲透镜通过一个叫折射的过程来放大远处的物体。与放大镜类似，一个望远镜的弯曲透镜弯曲光线并将它指向一个焦点，使物体出现更大。

然而，对研究数百万光年外的恒星或星系的太空望远镜，传统的透镜很快变得不现实。这是因为一个天体离得越远带它进入聚焦所需要的放大倍数越大，因此需要更厚更重的镜头。

这就是为什么科学家们已经探索了平面透镜，它在理论上应该更轻体积更小。然而，它们面临的挑战是比用弯曲透镜光不同的与它们相互作用。

可见光是一种电磁辐射，它被以不同波长和频率的波或粒子发射。当光通过一个平面透镜时它衍射，向多个方向散射波长，造成一个模糊的、不聚焦的图像。

但由科学家开发的一种新型的多层衍射透镜（MDL）特征一个由显微上小同心圈的多水平结构，这些效果上将不同波长的光引导朝同一焦点来创建一个尖锐、彩色精确的图像。

这款直径为100毫米（3.9英寸）的新镜头，有一个为200毫米（7.8英寸）的焦距，只有2.4微米厚。为可见光优化了400到800纳米波长范围，这种镜头比一个传统的弯曲镜头远更轻并消除颜色失真。

科学家们于2月3日在《应用物理快报》杂志上发表了他们的发现。这项研究被美国国防高级研究计划局（DARPA）、美国宇航局和海军研究办公室资助。

主要研究作者犹他大学电气和计算机工程助理教授阿普拉蒂姆在一份声明中说，我们的演示是朝向创造非常大光圈轻重量有捕捉全彩图像用于空中和天基望远镜能力的平透镜的垫脚石，。

(Image credit: The Menon Lab/The University of Utah)

曲线的前面

科学家们过去已经设计过扁平透镜，最著名的是菲涅尔区板（FZP），它特征跨表面蚀刻的同心脊。然而菲涅尔区板的脊将光分解成不同的波长并以不同的角度衍射，造成颜色畸变。

多层衍射透镜的独特在于它的同心环以不同深度存在于透镜本身。随光通过微观上的凹痕调整不同波长如何衍射，防止它们像往常会的一样扩散。这种受控制的衍射将带所有波长的光同时聚焦，造成一个更尖锐、色彩更精确的图像。

研究人员说，除了避免菲涅尔区板颜色扭曲外，新型扁平透镜提供与传统弯曲透镜相同的光弯曲能力。在这项研究中，他们使用多层衍射透镜来捕捉太阳和月亮的图像。他们拍摄的月球图像揭示了关键的地质特征，同时他们也利用它太阳成像来捕捉可见的太阳黑子。