Une équipe du MIT a développé et testé une nouvelle « méta-lentille » capable de changer son point focal en fonction de la température
Les zooms modernes fonctionnent à merveille, mais si vous en ouvrez un, vous ferez face à un degré de complexité micromécanique vraiment terrifiant, avec 20 éléments de verre poli ou plus réglés pour se déplacer dans différentes directions à des vitesses variables lorsque vous actionnez les bagues de zoom ou de mise au point. Le fait que ces objets durent des années et des années d’utilisation intensive tout en se cognant contre les meubles, exposés à la pluie, à la poussière et à des températures variables, est un témoignage éloquent des génies qui les ont mis au point.
Mais un nouveau développement de l’équipe de recherche sur les matériaux du MIT prétend pouvoir focaliser la lumière rapidement et avec précision en utilisant un matériau transparent à déphasage qui n’a pas besoin de bouger du tout. Au lieu de cela, cette « méta-lentille adaptable ultra-mince » réorganise sa structure atomique en réponse à la chaleur.
Le matériau en question est une nouvelle version du matériau germanium/antimoine/tellurium utilisé dans les CD et DVD réinscriptibles. Dans ces applications, la chaleur du laser était utilisée pour faire passer le matériau de l’état transparent à l’état opaque. Mais l’équipe du MIT a ajouté du sélénium au mélange, et a découvert que lorsque la chaleur était ajoutée, sa structure atomique « passait d’un enchevêtrement amorphe et aléatoire d’atomes à une structure cristalline plus ordonnée », modifiant son pouvoir de réfraction sans changer sa transparence.
Une image agrandie des métaux, montrant leurs caractéristiques microscopiques
La méta-lentille comporte de minuscules structures à motifs précis gravées sur sa surface, qui peuvent être conçues pour réfracter ou réfléchir la lumière de certaines manières. Lorsque le matériau est chauffé, ses propriétés optiques se modifient. Dans la configuration que l’équipe a prototypée, elle concentre la lumière infrarouge sur un point proche à température ambiante, puis déplace son point de focalisation plus loin à mesure que la chaleur est appliquée.
L’équipe a testé la méta-lentille en la plaçant sur une scène et en l’illuminant avec un rayon laser accordé à la bande infrarouge. Les chercheurs ont placé devant elle deux tableaux de résolution transparents à différentes distances, et ont constaté qu’elle était capable de résoudre une image nette du point le plus proche à température ambiante, et une image tout aussi nette du point le plus éloigné lorsqu’elle est chauffée, même après avoir retiré la source de chaleur.
« Notre résultat montre que notre lentille adaptable ultrafine, sans pièce mobile, peut obtenir une imagerie sans aberration d’objets se chevauchant et positionnés à différentes profondeurs, rivalisant avec les systèmes optiques traditionnels et encombrants », a déclaré Tian Gu, chercheur au laboratoire de recherche sur les matériaux du MIT.
L’équipe pense qu’il peut être fabriqué avec des microchauffeurs intégrés, qui pourraient « chauffer rapidement le matériau par de courtes impulsions de quelques millisecondes », en réglant la température avec précision pour permettre un réglage focal continu dans une gamme d’états intermédiaires entre les distances focales minimale et maximale – bien qu’on ne sache pas encore avec quelle rapidité il pourra refroidir et remettre la mise au point à la distance minimale.
Une vue au microscope optique des métaux du MIT
« En général, lorsqu’on fabrique un appareil optique, il est très difficile d’en régler les caractéristiques après la fabrication », a déclaré Mikhail Shalaginov, membre de l’équipe. « C’est pourquoi avoir ce genre de plateforme est comme un saint graal pour les ingénieurs optiques, qui permet aux métaux de changer de focalisation efficacement et sur une large gamme.
Ce prototype infrarouge, selon l’équipe, pourrait être utile dans les scopes thermiques miniatures, les caméras thermiques ultra-compactes et les lunettes de vision nocturne à profil bas. D’autres développements, selon l’équipe, pourraient notamment permettre d’utiliser des objectifs zoom ultra-compacts pour les smartphones sans pièces mobiles.
Une idée très intéressante, et une opportunité majeure de réduire la complexité vertigineuse de l’optique mécanique moderne si elle s’avère viable.
