Nanoteknologi Berhasil Ciptakan Terobosan Lensa Optik Revolusioner

Para peneliti dari Universitas Ottawa, Kanada, telah sukses mengembangkan konsep yang akan mengurangi ukuran lensa dengan margin yang sangat besar dan secara efektif menghilangkan variabel ukuran lensa optik modern jika dikombinasikan dengan metalensa.
Dalam pengembangan ini, tim ini tidak berkutat untuk meneliti elemen dari lensa optik itu sendiri, melainkan aspek ruang pada lensa.
Para peneliti menjelaskan bahwa dalam beberapa abad terakhir, penelitian mengenai lensa optik hanya fokus pada penyempurnaan dan penggabungan lensa untuk mengontrol kinerja optik dengan lebih baik. Namun saat ini berkat terobosan nanoteknologi yang relatif baru, telah memungkinkan pengembangan metalensa yang memiliki kemampuan untuk mengecilkan lensa optik secara besar-besaran.
Selama ini hambatan atas upaya pengembangan lensa optik supertipis (metalensa) adalah adanya faktor kebutuhan akan ruang antar elemen optik. Tidak peduli seberapa kecil sebuah lensa, lensa itu tetap bergantung pada ruang untuk menghasilkan gambar. Ruang itu akan selalu menjadi penghambat miniaturisasi jika tidak ditangani secara langsung.
Seperti yang dijelaskan dalam abstrak makalah penelitiannya, para peneliti dari Universitas Ottawa secara intens membahas masalah ruang dengan menghadirkan konsep dan secara eksperimental mendemonstrasikan "pelat ruang" (spaceplate) optik.
"Optik yang secara efektif menyebarkan cahaya untuk jarak yang bisa jauh lebih panjang dari ketebalan pelat. Optik seperti itu akan mengecilkan sistem pencitraan masa depan, membuka kemungkinan untuk kamera monolitik ultratipis," tutur tim peneliti dari Kanada itu.
"Lebih luas lagi, spaceplate bisa diterapkan untuk mengecilkan perangkat penting yang secara implisit memanipulasi profil spasial cahaya, misalnya konsentrator surya, kolimator untuk sumber cahaya, komponen optik terintegrasi, dan spektrometer," imbuh mereka.

Manipulasi Sudut
Tim yang dipimpin oleh Orad Reshef dari Robert Boyd Group dan ketua riset Quantum Photonics di Kanada yang merangkap sebagai profesor di Departemen Fisika di Universitas Ottawa, Jeff Lundeen, menuturkan pada laman teknologi Phys.org edisi Kamis (10/6) pekan lalu dan tim peneliti itu menjelaskan bahwa bagaimana cahaya menyebar di antara elemen optik dan menerangkan aspek proses yang tidak bisa dilakukan oleh elemen lensa.
Dalam sebuah wawancara, Reshef mengatakan bahwa cahaya menyebar secara alami ketika bergerak, dan setiap perangkat optik yang ada saat ini mengandalkan pada penyebaran itu agar bisa bekerja.
Sebagai contoh, ia menunjukkan celah besar antara lensa mata dan lensa objektif di teleskop atau lensa kamera, dimana keduanya bergantung pada jarak dan penyebaran cahaya agar berfungsi dengan baik.
Tetapi dalam desain sebuah lensa terdapat celah yang membutuhkan banyak ruang dan oleh karena itu tim Reshef mengembangkan apa yang mereka sebut sebagai spaceplate yang mampu mengambil penyebaran cahaya yang sama dan mengkompresnya dalam lensanya dan memungkinkan seluruh sistem pencitraan menjadi lebih kecil secara dramatis.
"Kami memikirkan apa yang akan terjadi jika Anda memanipulasi cahaya berdasarkan sudutnya daripada posisi dari pancaran sinar," kata Lundeen kepada Phys. "Lensa bekerja melalui posisi pancaran sinar. Sedangkan sudut merupakan domain penelitian yang benar-benar baru dan tidak ada referensi yang menunjukkan bahwa sudut itu bisa digunakan untuk membuat sesuatu yang sangat berguna. Kami mengidentifikasi aplikasi yang berguna, mengkompresi ruang. Dan kemudian kami menunjukkan bahwa kami benar-benar dapat merancang dan secara eksperimental mendemonstrasikan pelat ruang yang bisa melakukan hal itu," ungkap dia.

Miniaturisasi
Selanjutnya Reshef mengatakan bahwa perkembangan penelitian ini secara teoritis akan memungkinkan pembuat lensa mengecilkan segala macam perangkat besar yang sebelumnya dianggap tidak mungkin untuk diperkecil.
"Untuk mendesainnya, kita perlu membuat seperangkat aturan baru yang tidak sesuai dengan yang digunakan dalam desain lensa," kata dia. "Ini tentunya amat mengejutkan karena elemen optik seperti lensa telah ada selama satu milenium dan aturan desainnya telah dipahami dengan baik selama lebih dari 400 tahun, namun kami masih menemukan elemen optik baru yang mendasar untuk pencitraan," imbuh dia.
Spaceplate dapat bekerja bersama-sama dengan metalensa untuk secara signifikan mengurangi ukuran optik ke titik di mana, misalnya grafik, lensa tampak rata dengan sensor kamera.
Para peneliti mengatakan bahwa mereka saat ini sedang mengembangkan teknologi generasi berikutnya untuk meningkatkan faktor kompresi dan meningkatkan kinerja secara keseluruhan.
"Kami sudah memiliki beberapa desain untuk meningkatkan faktor kompresi dari lima menjadi lebih dari 100 kali, dan untuk meningkatkan total transmisi. Untuk terus melakukan ini, kita perlu memunculkan paradigma desain yang benar-benar baru," kata Lundeen.
Kehadiran metalensa telah mengancam menghilangkan tonjolan pada kamera telepon pintar modern secara sepenuhnya, namun pemunculan spaceplate yang dikombinasikan dengan teknologi metalensa berpotensi menghilangkan lensa modern sepenuhnya dan ini mungkin akan jadi perkembangan revolusioner di bidang ilmu optik. SB/petapixel/I-1