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剛剛,手機鏡頭要變天? 以色列女生意外發明光子折玻璃

剛剛,手機鏡頭要變天? 以色列女生意外發明光子折玻璃,或改變手機、計算機甚至基礎物理未來!

以色列一位女研究生,偶然發明瞭一種光子折玻璃的技術,可能會讓你手機擁有比頭髮絲還細的微型變焦鏡頭,徹底讓現在五六個“浴霸”式的智慧手機鏡頭下課。
是的,你沒看錯,這是來自特拉維夫大學的光子折紙術 (Photonic Origami),8月21日剛剛發表在頂刊《Optica》雜誌上。 它 不只是摺疊了一片玻璃,它 解決了一個困擾行業多年的頂級難題,並且 展開了未來光學無限的可能, 而它的發現卻純屬一個美麗的意外。

◆ 01 高端光學器件,為何搞不定小小的3D列印?

我們生活在一個3D列印幾乎無所不能的時代,從玩具模型到汽車零件,甚至房子和食物。 那為什麼我們不能直接3D列印出超高品質的微型鏡頭和光學晶元呢?

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答案就一個字:糙。
3D列印是「增材製造」,像搭積木一樣一層層疊加材料。 這種方式必然會導致表面存在肉眼看不見的階梯狀紋路和粗糙度。 對於普通物品來說無傷大雅,但對於光學器件,這卻是致命的。

光是一種極其敏感的“處女座”,任何微小的瑕疵都會讓它“抓狂”——發生散射、扭曲,最終導致圖像模糊、信號失真。 在微觀世界里,一點點瑕疵,就足以掀起光的驚濤駭浪。

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多年來,科學家們想盡辦法,卻始終無法造出兼具複雜3D結構和原子級光滑度的光學器件。 直到…… 一次意外的發生。

◆ 02 一個手滑的意外,竟「折」出了新世界

故事的主角是論文的第一作者、研究生瑪雅·瑪律霍特拉 (Manya Malhotra)。
當時,她的導師塔爾·卡蒙 (Tal Carmon) 教授讓她去定位一束看不見的鐳射。 常規操作是,逐漸加大鐳射功率,直到照射點受熱發光,從而確定位置。

然而,當瑪雅加大功率后,神奇的一幕發生了:那片超薄的玻璃,沒發光,居然自己…… 彎了! 折了起來!
這個意外的「手滑」,讓整個實驗室都驚呆了。 他們意識到,自己可能無意中撞開了一扇通往新世界的大門。

經過深入研究,他們揭開了背後的秘密:

激光瞬間加熱玻璃的一側,使其局部液化。

在微觀尺度下,液體的表面張力——就是能讓水滴呈球形、水黾在水面行走的力——變得異常強大,甚至遠超重力。

這股強大的表面張力,像一隻無形的手,拉動著液化的玻璃,使其沿著鐳射照射的線條,發生精確無比的摺疊。

整個過程快到眨眼都跟不上——不到1毫秒,加速度超過2000倍重力加速度! 簡直就是微觀世界的「閃電俠」。。
◆ 03 從「折紙」到「萬物」,它能做什麼?

掌握了這項「神技」後,研究團隊開始「炫技」,他們折出的東西一個比一個驚豔:

創紀錄的「玻璃絲」:他們折出了一根長3毫米、厚度僅0.5微米(比頭髮絲還細200倍)的弧形結構,創造了3D結構“細長比”的世界紀錄。

高精度微型器件:他們可以隨心所欲地控制摺疊,精度高達0.1毫弧度,相當於20奈米的位置控制精度。 從簡單的90度彎折,到複雜的螺旋線,無所不能。

集成超強光學元件:最厲害的是,他們還能在這些摺疊結構上“雕刻”出功能強大的光學元件。 比如,一個表面光滑到極致的凹面鏡,和一個品質因數達800萬的微諧振腔(可以理解為光的“頂級捕手”)。

這些成果意味著什麼?

告別「浴霸」鏡頭:未來的手機,可以用一個通過「折紙術」製造的、極其小巧複雜的微型變焦鏡頭,替代掉現在笨重的多攝模組。 拍照更好,手機更美。

“光”速計算機:製造用光來運算和傳輸信號的光子晶元。 沒有了電子的阻力,未來的電腦和數據中心的運行速度將迎來質的飛躍,同時功耗大大降低。
叩問宇宙終極謎題:研究團隊甚至用這項技術造了一個帶凹面鏡的、超輕的“微型小桌子”。 科學家設想,未來可以用光把它懸浮在真空中,去探測引力在微觀尺度下的微弱變化,這可能為我們理解暗物質這個宇宙最大的謎團之一,提供全新的線索。

這就是用最小的尺度,去叩問宇宙最巨集大的謎題。

從一個實驗室的意外,到可能改變手機、計算機乃至基礎物理學的未來,光子摺紙術的誕生,完美詮釋了科技的魅力。

它告訴我們,換個思路,二維平面的極致工藝,也能“折”出三維世界的無限精彩。

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