Las metalentes, superficies planas que utilizan nanoestructuras para enfocar la luz, prometen revolucionar la óptica al reemplazar las voluminosas lentes curvas que se usan actualmente en los dispositivos ópticos por una superficie simple y plana. Pero estas metalentes se han mantenido limitadas en el espectro de luzpueden enfocar bien. Ahora, un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS John A. Paulson de Harvard ha desarrollado la primera lente única que puede enfocar todo el espectro visible de luz, incluida la luz blanca, en elmismo lugar y en alta resolución. Esto solo se ha logrado en lentes convencionales apilando múltiples lentes.
La investigación se publica en Nanotecnología de la naturaleza .
Enfocar todo el espectro visible y la luz blanca, combinación de todos los colores del espectro, es un desafío porque cada longitud de onda se mueve a través de materiales a diferentes velocidades. Las longitudes de onda rojas, por ejemplo, se moverán a través del vidrio más rápido que las azules,por lo que los dos colores llegarán a la misma ubicación en diferentes momentos, lo que resultará en diferentes focos. Esto crea distorsiones de imagen conocidas como aberraciones cromáticas.
Las cámaras y los instrumentos ópticos utilizan múltiples lentes curvas de diferentes espesores y materiales para corregir estas aberraciones, que, por supuesto, aumentan la mayor parte del dispositivo.
"Las metalentes tienen ventajas sobre las lentes tradicionales", dice Federico Capasso, profesor Robert L. Wallace de Física Aplicada y Vinton Hayes investigador principal en Ingeniería Eléctrica en SEAS y autor principal de la investigación. "Las metalentes son delgadas, fáciles de fabricary rentable. Este avance extiende esas ventajas a todo el rango de luz visible. Este es el siguiente gran paso ".
La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard OTD ha protegido la propiedad intelectual relacionada con este proyecto y está explorando oportunidades de comercialización.
Las metalentes desarrolladas por Capasso y su equipo utilizan matrices de nanofinas de dióxido de titanio para enfocar por igual las longitudes de onda de la luz y eliminar la aberración cromática. Investigaciones anteriores demostraron que se podían enfocar diferentes longitudes de onda de luz pero a diferentes distancias optimizando la forma, el ancho y la distanciay la altura de las nanaletas. En este último diseño, los investigadores crearon unidades de nanofinas emparejadas que controlan la velocidad de diferentes longitudes de onda de la luz simultáneamente. Las nanaletas emparejadas controlan el índice de refracción en la metasuperficie y están ajustadas para dar lugar a diferentes retrasos de tiempo parala luz pasa a través de diferentes aletas, asegurando que todas las longitudes de onda alcancen el punto focal al mismo tiempo.
"Uno de los mayores desafíos en el diseño de una lente de banda ancha acromática es asegurarse de que las longitudes de onda salientes de todos los diferentes puntos de las metalentes lleguen al punto focal al mismo tiempo", dijo Wei Ting Chen, becario postdoctoral en SEASy primer autor del artículo. "Al combinar dos nanofinas en un elemento, podemos ajustar la velocidad de la luz en el material nanoestructurado, para asegurarnos de que todas las longitudes de onda en el visible estén enfocadas en el mismo lugar, usando una sola metalente. Esto dramáticamentereduce el grosor y la complejidad del diseño en comparación con las lentes acromáticas estándar compuestas ".
"Con nuestra lente acromática, podemos realizar imágenes de luz blanca de alta calidad. Esto nos acerca un paso más al objetivo de incorporarlas en dispositivos ópticos comunes como cámaras", dijo Alexander Zhu, coautor de laestudiar.
A continuación, los investigadores apuntan a ampliar la lente a aproximadamente 1 cm de diámetro. Esto abriría una gran cantidad de nuevas posibilidades, como aplicaciones en realidad virtual y aumentada.
Este artículo fue coautor de Vyshakh Sanjeev, Mohammadreza Khorasaninejad, Zhujun Shi y Eric Lee. Fue parcialmente financiado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea. Este trabajo fue realizado en parte en el Centro de Sistemas a Nanoescala CNS, unmiembro de la Infraestructura Nacional Coordinada de Nanotecnología NNCI, que cuenta con el apoyo de la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard . Original escrito por Leah Burrows. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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