近日，安大略省渥太華，渥太華大學的 Orad Reshef 和 Jeff Lundeen 開發了一種新型光學元件，使復合透鏡和望遠鏡的外形小到可以放入口袋，被稱為空間板，它的功能是模擬聚焦圖像所需的空白空間――這意味著有一天攝影師將能夠在不拖著長筒長焦鏡頭的情況下拍攝遠處物體的照片。
 

　　太空板是一種光學元件，可以在超過其厚度的距離內傳播光。從光束的角度來看，穿過空間板后，它就像穿過了一個較厚的空間區域。
 

　　間隔板的工作原理(a)。間隔板可以將傳播長度d eff壓縮成厚度d。例如，以角度 θ 入射到空間板上的光束將以相同的角度出現并橫向平移長度 w(導致橫向光束位移 Δx)，就像自由空間 (b) 的d eff 一樣。向成像系統(例如標準相機(頂部))添加隔板會縮短相機(中)。超薄單片成像系統可以通過將超透鏡和空間板直接集成在傳感器上(底部)來形成，由渥太華大學的 Orad Reshef 和 Jeff Lundeen 提供
 

　　在接受渥太華大學采訪時，科學家們表示，這個想法的概念源于關于超表面光操縱局限性的對話。Lundeen 說根據角度操縱光線會很有趣。
 

　　Reshef 對自己設計和制造能夠執行任務的組件的能力充滿信心。我隨后得出結論，簡單的目標是更換傳播所需的空間，即傳播。
 

　　該團隊在這個概念上工作了幾個月，Reshef 和 Lundeen 展示了不同的可行設計，展示了實現目標的方法的靈活性。
 

　　由空間板執行的操作與鏡頭相反。 透鏡傳輸的光線會根據其在透鏡面上的位置彎曲成不同的角度；另一方面，間隔板將根據入射角橫向移動光線的位置。這些響應分別稱為本地響應和非本地響應。
 

　　實際上，這意味著空間板實際上不會像鏡頭那樣形成圖像，也不會引入自己的放大率，因為進入空間板的任何平行光線也會平行地離開它。然而，它所做的是縮短圖像在通過鏡頭傳輸后形成所需的距離。
 

　　為了模擬空的空間，他們需要一種方法來根據光線的入射角賦予相位，從技術上講，這種方法正在應用傅立葉光學原理。在論文中，兩人在由硅和石英玻璃制成的薄膜多層堆疊中設計了這種類型的響應――類似于用于鏡片抗反射涂層的材料。
 

　　這種結構具有多個內部反射，我們設計它以完全按照制造空間板所需的方式來轉換光線。我們還表明，這種響應也可以通過另外兩種方式獲得：一種，如果雙折射光軸垂直于板的側面，則對于雙折射板中的異常波(這是一種不常見的幾何形狀，用于在雙折射板中使用雙折射) )，以及兩個，對于折射率低于背景介質的光學平面。
 

　　該團隊解釋說，該技術打破了成像系統設計中通常的權衡取舍，包括數值孔徑、焦距、放大倍率以及像素的數量和大小。
 

　　因此，如果它們能夠得到完善，太空板將改變各種成像設備的設計。
 

　　盡管團隊正在進一步開發這項技術，但該技術仍處于起步階段。Reshef 告訴渥太華大學，它已經設計了將壓縮系數從 5 倍增加到 100 倍以上，并增加總傳輸量的設計。
 

　　要繼續這樣做，需要提出一種全新的設計范式。有許多團隊正在努力開發這項技術。
 

　　目前存在一種為它們制定正確設計規則的軍備競賽。非局部光學的良好設計方法肯定會幫助我們進一步改進空間板，但也將實現許多其他新的非局部應用，例如最近也得到證明的圖像邊緣檢測。
 

　　這項工作發表在Nature Communications 上。