Meta‐Lens Particle Image Velocimetry

粒子图像测速 镜头(地质) 光学 小型化 涡流 测速 材料科学 景深 波前 雷诺数 物理 纳米技术 湍流 热力学
作者
Xiaoyuan Liu,Zhou Zhao,Shengming Xu,Jingcheng Zhang,Yin Zhou,Yulun He,Takeshi Yamaguchi,Hua Ouyang,Takuo Tanaka,Mu Ku Chen,Shengxian Shi,Fei Qi,Din Ping Tsai
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (17) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/adma.202310134
摘要

Fluid flow behavior is visualized through particle image velocimetry (PIV) for understanding and studying experimental fluid dynamics. However, traditional PIV methods require multiple cameras and conventional lens systems for image acquisition to resolve multi-dimensional velocity fields. In turn, it introduces complexity to the entire system. Meta-lenses are advanced flat optical devices composed of artificial nanoantenna arrays. It can manipulate the wavefront of light with the advantages of ultrathin, compact, and no spherical aberration. Meta-lenses offer novel functionalities and promise to replace traditional optical imaging systems. Here, a binocular meta-lens PIV technique is proposed, where a pair of GaN meta-lenses are fabricated on one substrate and integrated with a imaging sensor to form a compact binocular PIV system. The meta-lens weigh only 116 mg, much lighter than commercial lenses. The 3D velocity field can be obtained by the binocular disparity and particle image displacement information of fluid flow. The measurement error of vortex-ring diameter is ≈1.25% experimentally validates via a Reynolds-number (Re) 2000 vortex-ring. This work demonstrates a new development trend for the PIV technique for rejuvenating traditional flow diagnostic tools toward a more compact, easy-to-deploy technique. It enables further miniaturization and low-power systems for portable, field-use, and space-constrained PIV applications.
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