Inspirados por el ojo humano, los investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John SE Paulson de Harvard SEAS han desarrollado una metalens adaptativa, que es esencialmente un ojo artificial plano controlado electrónicamente. La metalens adaptativa controla simultáneamente tres deLos principales contribuyentes a las imágenes borrosas: enfoque, astigmatismo y cambio de imagen.
La investigación se publica en Avances científicos .
"Esta investigación combina avances en tecnología de músculo artificial con tecnología de metalens para crear una metalens sintonizable que puede cambiar su enfoque en tiempo real, al igual que el ojo humano", dijo Alan She, un estudiante graduado de SEAS y primer autor del artículo"Damos un paso más para desarrollar la capacidad de corregir dinámicamente las aberraciones como el astigmatismo y el cambio de imagen, algo que el ojo humano no puede hacer naturalmente".
"Esto demuestra la viabilidad del zoom óptico incorporado y el enfoque automático para una amplia gama de aplicaciones, incluidas cámaras de teléfonos celulares, anteojos y hardware de realidad virtual y aumentada", dijo Federico Capasso, profesor de Física Aplicada Robert L. Wallace y Vinton Hayes Senior ResearchMiembro de Ingeniería Eléctrica en SEAS y autor principal del artículo: "También muestra la posibilidad de futuros microscopios ópticos, que operan de manera totalmente electrónica y pueden corregir muchas aberraciones simultáneamente".
La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard ha protegido la propiedad intelectual relacionada con este proyecto y está explorando oportunidades de comercialización.
Para construir el ojo artificial, los investigadores primero necesitaban escalar las metalenas.
Los metalenses anteriores eran aproximadamente del tamaño de una sola pieza de brillo. Enfocan la luz y eliminan las aberraciones esféricas a través de un patrón denso de nanoestructuras, cada una más pequeña que una longitud de onda de luz.
"Debido a que las nanoestructuras son tan pequeñas, la densidad de información en cada lente es increíblemente alta", dijo Ella. "Si pasa de una lente de 100 micrones a una lente de un centímetro, habrá aumentado la información requerida paradescriba la lente en diez mil. Cada vez que intentamos escalar la lente, solo el tamaño del archivo del diseño aumentaría a gigabytes o incluso terabytes ".
Para resolver este problema, los investigadores desarrollaron un nuevo algoritmo para reducir el tamaño del archivo para hacer que las metalens sean compatibles con la tecnología utilizada actualmente para fabricar circuitos integrados. En un artículo publicado recientemente en Optics Express, los investigadores demostraron el diseño y la fabricación demetalenses de hasta centímetros o más de diámetro.
"Esta investigación ofrece la posibilidad de unificar dos industrias: fabricación de semiconductores y fabricación de lentes, por lo que la misma tecnología utilizada para hacer chips de computadora se utilizará para fabricar componentes ópticos basados en metasurface, como lentes", dijo Capasso.
Luego, los investigadores debían adherir las grandes metalenas a un músculo artificial sin comprometer su capacidad de enfocar la luz. En el ojo humano, la lente está rodeada por el músculo ciliar, que estira o comprime la lente, cambiando su forma para ajustar sudistancia focal Capasso y su equipo colaboraron con David Clarke, profesor de materiales de la familia Extended Tarr en SEAS y pionero en el campo de las aplicaciones de ingeniería de actuadores de elastómero dieléctrico, también conocidos como músculos artificiales.
Los investigadores eligieron un elastómero dieléctrico delgado y transparente con baja pérdida, lo que significa que la luz viaja a través del material con poca dispersión, para unirlo a la lente. Para hacerlo, necesitaban desarrollar una plataforma para transferir y adherir la lente ala superficie suave
"Los elastómeros son tan diferentes en casi todos los aspectos de los semiconductores que el desafío ha sido cómo combinar sus atributos para crear un nuevo dispositivo multifuncional y, especialmente, cómo diseñar una ruta de fabricación", dijo Clarke. "Como alguien que trabajóen uno de los primeros microscopios electrónicos de barrido SEM a mediados de la década de 1960, es emocionante ser parte de la creación de un microscopio óptico con las capacidades de un SEM, como el control de aberración en tiempo real ".
El elastómero se controla aplicando voltaje. A medida que se estira, la posición de los nanopilares en la superficie de la lente cambia. Las metalenas se pueden ajustar controlando tanto la posición de los pilares en relación con sus vecinos como el desplazamiento total de losestructuras. Los investigadores también demostraron que la lente puede enfocar simultáneamente, controlar las aberraciones causadas por los astigmatismos, así como realizar cambios de imagen.
Juntos, la lente y el músculo tienen solo 30 micras de grosor.
"Todos los sistemas ópticos con múltiples componentes, desde cámaras hasta microscopios y telescopios, tienen ligeros desalineamientos o tensiones mecánicas en sus componentes, dependiendo de la forma en que fueron construidos y su entorno actual, que siempre causarán pequeñas cantidades de astigmatismo yotras aberraciones, que podrían ser corregidas por un elemento óptico adaptativo ", dijo Ella." Debido a que las metalenas adaptativas son planas, puede corregir esas aberraciones e integrar diferentes capacidades ópticas en un solo plano de control ".
A continuación, los investigadores pretenden mejorar aún más la funcionalidad de la lente y disminuir el voltaje requerido para controlarla.
La investigación fue coautora de Shuyan Zhang y Samuel Shian. La investigación fue apoyada en parte por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y por la National Science Foundation. Este trabajo se realizó en parte en el Centro de Sistemas de Nanoescala CNS, que cuenta con el apoyo de la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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