Primera lente única que enfoca a un tiempo toda la luz visible

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CIUDAD DE MÉXICO. MX.— Científicos han desarrollado la primera lente única que puede enfocar todo el espectro visible de luz, incluida la luz blanca, en el mismo lugar y en alta resolución.

 

 

Esto solo se había logrado en lentes convencionales apilando múltiples lentes. La nueva investigación de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS), basada en la técnica de las metalentes, se publica en Nature Nanotechnology.

Las metalentes, superficies planas que usan nanoestructuras para enfocar la luz, prometen revolucionar la óptica al reemplazar las voluminosas lentes curvadas por una superficie simple y plana. Pero estas metalenses han permanecido limitadas en el espectro de luz que pueden enfocar bien, hasta ahora.

Concentrar todo el espectro visible y la luz blanca -combinación de todos los colores del espectro- es desafiante porque cada longitud de onda se mueve a través de los materiales a diferentes velocidades. Las longitudes de onda rojas, por ejemplo, se moverán a través del vidrio más rápido que el azul, por lo que los dos colores llegarán a la misma ubicación en diferentes momentos dando como resultado 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, lo que, por supuesto, se agrega a 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 fabricar y rentables. Este avance amplía esas ventajas en todo el rango visible de la luz. Este es el siguiente gran paso”.

Las metalenses desarrollados por Capasso y su equipo utilizan matrices de nanofinas de dióxido de titanio para enfocar igualmente las longitudes de onda de la luz y eliminar la aberración cromática. Investigaciones anteriores demostraron que diferentes longitudes de onda de luz podían enfocarse pero a diferentes distancias optimizando la forma, el ancho, la distancia y la altura de las nanofinas.

En este último diseño, los investigadores crearon unidades de nanofinas emparejadas que controlan la velocidad de diferentes longitudes de onda de luz simultáneamente. Las nanofinas emparejadas controlan el índice de refracción en la meta-superficie y están sintonizadas para producir diferentes retardos de tiempo para que la luz pase a través de diferentes aletas, asegurando que todas las longitudes de onda alcancen el punto focal al mismo tiempo.

“Uno de los mayores desafíos al diseñar una lente de banda ancha acromática es asegurarse de que las longitudes de onda salientes de todos los diferentes puntos de metaleno lleguen al punto focal al mismo tiempo”, dijo en un comunicado Wei Ting Chen, becario postdoctoral en SEAS y primer autor del artículo.

“Al combinar dos nanofinas en un elemento, podemos ajustar la velocidad de la luz en el material nanoestructurado, para garantizar que todas las longitudes de onda en el visible se centren en el mismo lugar, utilizando un solo metaleno. Esto reduce drásticamente el grosor y la complejidad del diseño en comparación con lentes acromáticos estándar compuestos “.

“Al utilizar 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 del estudio.

A continuación, los investigadores apuntan a fabricar a escala la lente, a aproximadamente 1 centímetro de diámetro. Esto abriría una gran cantidad de nuevas posibilidades, como aplicaciones en realidad virtual y aumentada.

(Fecha de publicación 03012018 con información de Europa Press)

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