Журнал `Компьютерра` №754

В новом объективе, состоящем из пары капелек воды в одном цилиндрическом отверстии, площадь контакта не изменяется, и энергия почти не расходуется. Капельки приводятся в движение звуком миниатюрного динамика и постоянно колеблются взад-вперед подобно маятнику. Фокусное расстояние объектива при этом постоянно меняется, а заботу о резкости кадра берет на себя электроника матрицы. Снимок делают "на лету" именно в тот момент, когда нужный объект находится в фокусе. Длительные выдержки для одного кадра, разумеется, недостижимы, зато уже сейчас можно получать 250 изображений в секунду от объектива диаметром около полутора миллиметров. И это далеко не предел: по оценкам исследователей, подобные капельные объективы могут колебаться с частотой до ста килогерц.

Капельные объективы должны заинтересовать производителей камерафонов, которые из-за острой конкуренции постоянно озабочены поиском новых миниатюрных, быстрых, легких, качественных и потребляющих мало энергии решений. Кроме того, подобные объективы будут полезны для миниатюрных беспилотных самолетов, роботов, систем безопасности и ряда других приложений. ГА

Окольными путями

Удивительно простой способ обойти дифракционный предел и сфокусировать электромагнитные волны в пятно размером меньше половины длины волны предложили физики из Торонтского университета. Расчеты и первые эксперименты доказывают его жизнеспособность в широком диапазоне частот от радиоволн до оптики и обещают массу интересных приложений.

Дифракция электромагнитных волн, мешающая рассматривать в микроскоп слишком мелкие объекты и уменьшать размеры транзисторов в чипах, давно заставляет ученых искать обходные пути для лучшей "концентрации" волн электромагнитного поля. И хотя так называемый дифракционный предел для обычных электромагнитных волн принципиально непреодолим, все же находятся различные лазейки.

Еще в начале семидесятых годов прошлого века была предложена так называемая оптическая микроскопия ближнего поля. Дело в том, что вблизи границ раздела сред или различных объектов, помимо обычных волн, существуют так называемые нераспространяющиеся электромагнитные волны, которые быстро, на расстояниях порядка длины волны, затухают и обычно не переносят энергию. Однако если вблизи такой границы на расстоянии меньше длины волны поместить другой интересующий нас объект, то его влияние на нераспространяющиеся волны можно зарегистрировать. На квантовом языке это означает, что фотоны будут туннелировать из одного объекта в другой.

Этот эффект используют в микроскопах ближнего поля. В них остро заточенный световод с отверстием на конце сканирует образец, находясь от него на расстоянии меньше длины световой волны. Если фотоны туннелируют в образец, то отражение от конца световода слегка уменьшается и регистрируется аппаратурой. Так можно "рассмотреть" детали много меньше длины световой волны, обойдя дифракционный предел. Однако эта технология дорога и по многим параметрам проигрывает атомно-силовым микроскопам.

Новый пик интереса к технологиям ближнего поля возник на рубеже тысячелетий с появлением метаматериалов с отрицательным показателем преломления. Они позволяют усиливать компоненты нераспространяющихся волн и "фокусировать" их вблизи своей поверхности, но сильно страдают от потерь, поглощая слишком много энергии поля. Есть и ряд других экзотических предложений, однако большинство из них очень трудно реализовать на практике.

В новом методе ученые предложили использовать для дополнительной фокусировки ближнего поля тонкий экран с несколькими щелями специально подобранной формы. Щели прорезаны так, чтобы волны ближнего поля от них в сумме давали более резкий фокус. Например, в экспериментах с радиоволнами частотой 10 ГГц и длиной волны три сантиметра использовали стальной экран толщиной 0,15 мм с центральной щелью 13,2х1,2 мм и двумя сателлитами 17х0,6 мм по бокам на расстоянии 3 мм от центральной щели. Экран облучали плоской волной, которая фокусировалась в пятно размером 5,2 мм на расстоянии 4,5 мм за экраном. Эксперименты подтвердили теорию, предсказывающую, что большее количество подходящих щелей позволит добиться еще лучшей фокусировки.

Та же картина должна наблюдаться и в оптическом диапазоне, хотя тут толщина экрана и ширина щелей должна составлять лишь десятки нанометров. Кроме того, задача осложняется необходимостью учета и компенсации потерь на поглощение света плазмонами металла.

Пока неясно, удастся ли приспособить этот метод для фокусировки света при производстве чипов с помощью традиционной фотолитографии и сможет ли он конкурировать с альтернативными технологиями. Многое еще предстоит проверить в экспериментах. Однако уже нет сомнений, что такое простое и эффективное решение найдет множество практических приложений. ГА

Броненосцы в потемках