導讀／無須機械轉動即可變焦的鏡頭！MIT發表最新熱致光學相變材料

發佈於 2021.03.02 由撰風

麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）近日於著名期刊Nature發表新技術，通過優化的材料Ge₂-Sb₂-Se₄-Te可實現熱致光學相變的功能，意即透過加熱改變材料分子排列方式，藉此改變特定波長下的相位延遲（phase retardation，Δn），若以特殊圖案的方式排列該材料，即可實現加熱調焦的效果。即光學相變材料（optical phase change material，OPCM）的研究。

圖片來源：MIT News

一般變焦鏡頭必須透過改變鏡組間的距離，以達到調整成像平面位置的效果。然而還有另一種透過光學相位差的方式達到聚焦功能的平面透鏡，不僅輕薄，也能省去手動的機械結構，僅須透過加熱或改變電壓的方法改變材料的形狀或相位延遲即可調整焦距，諸如：液態透鏡（liquid lens）、液晶透鏡（LC lens）、自變焦透鏡（GRIN lens），以及此次MIT研究人員發表的Ge₂-Sb₂-Se₄-Te透鏡。然而利用特殊圖騰（如Fresnel Zone Plate）與相位延遲達成的平面透鏡的聚焦能力實際上效果依然無法媲美鏡組的成像效果，所以與一般鏡頭的應用領域不同。

圖片來源：MIT News

MIT研究人員發表的Ge₂-Sb₂-Se₄-Te透鏡目前可在紅外光頻段內可以達到特定頻段聚焦的效果並保持穿透度（transmittance），MIT新聞稿也聲明可以在毫秒的脈衝時間內調節施加給微透鏡的熱能，以達到連續調整焦距的能力。但撰風看其成果圖表，其光強度（intensity）的值已經被歸一化，因此僅能知道確實能有明顯的聚焦與散焦的效果，但無法確切得知其聚焦的繞射效率（diffraction efficiency）為何，而這才是是否能成為商用鏡頭的最重要因素。

圖片來源：Nature

儘管這項研究成果是令人振奮的，但目前也尚在研發階段，撰風依然認為提高聚焦效率才是進入商用最重要的因素所在，然而就撰風之前研究，若只是透過Binary Fresnel Zone Plates圖騰達成的平面透鏡效果，其聚焦效率理論極限值為42%左右，依然無法與市售的傳統變焦鏡頭匹敵。這點可能要看MIT研究團隊是否有更進一步的改良或新的繞射圖騰。就MIT新聞稿所述，此變焦透鏡或許可應用在無人機或可變度數的頭戴顯示器用途。