Metalenses - superfícies planas que utilizam nanoestruturas para focar luz - prometeram revolucionar a ótica substituindo as lentes volumosas e curvas atualmente usadas em dispositivos ópticos com uma superfície simples e plana, anteriormente as metálicas tinham sido limitadas no espectro de luz que poderiam focar bem. Agora, uma equipe de pesquisadores da Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) desenvolveu a primeira lente única que pode focar todo o espectro visível - incluindo luz branca - no mesmo local e em alta resolução, um feito anteriormente alcançado apenas empilhando múltiplas lentes convencionais.
A pesquisa é publicada na Nature Nanotechnology.
Focalizar todo o espectro visível e a luz branca - todas as cores do espectro - é tão desafiador porque cada comprimento de onda se move através de materiais a diferentes velocidades. Os comprimentos de onda vermelhos, por exemplo, movem-se através do vidro mais rápido do que o azul, então as duas cores alcançarão o mesmo local em diferentes momentos, resultando em focos diferentes. Isso cria distorções de imagem conhecidas como aberrações cromáticas.
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As câmeras e os instrumentos ópticos utilizam lentes curvas múltiplas de diferentes espessuras e materiais para corrigir essas aberrações, o que, naturalmente, acrescenta ao volume de um dispositivo.
"Metalenses tem vantagens em relação às lentes tradicionais", disse Federico Capasso, professor de física aplicada de Robert L. Wallace e pesquisador sênior de pesquisa da Vinton Hayes em engenharia elétrica da SEAS e autor principal da pesquisa. "Metalenses são finos, fáceis de fabricar e rentáveis. Este avanço estende essas vantagens em toda a gama visível de luz. Este é o próximo grande passo. "
O Escritório de Desenvolvimento Tecnológico da Harvard (OTD) protegeu a propriedade intelectual relacionada a este projeto e está explorando as oportunidades de comercialização.
As metalenses Capasso e sua equipe desenvolveram arrays de nanofins de dióxido de titânio para focar igualmente os comprimentos de onda da luz e eliminar a aberração cromática. Pesquisas anteriores demonstraram que os diferentes comprimentos de onda da luz poderiam ser focados, mas a diferentes distâncias, ao otimizar a forma, largura, distância e altura das nanofinas. Neste último design, os pesquisadores criaram unidades de nanofins emparelhadas que controlam simultaneamente a velocidade de diferentes comprimentos de onda de luz. As nanofins emparelhadas também controlam o índice de refração na meta-superfície e são sintonizadas para resultar em diferentes atrasos de tempo para a luz passando por diferentes barbatanas, garantindo que todos os comprimentos de onda atinjam o ponto focal ao mesmo tempo.
"Um dos maiores desafios na concepção de uma lente de banda larga acromática é garantir que os comprimentos de onda de saída de todos os diferentes pontos dos metalens cheguem ao ponto focal ao mesmo tempo", disse Wei-Ting Chen, um pós-doutor em SEAS e primeiro autor do artigo. "Ao combinar duas nanofins em um elemento, podemos ajustar a velocidade da luz no material nanoestruturado, para garantir que todos os comprimentos de onda no visível estejam focados no mesmo ponto, usando um solo metalens. Isso reduz drasticamente a espessura e a complexidade do projeto em comparação com as lentes acromáticas padrão compostas ".
"Usando nossa lente acromática, somos capazes de realizar imagens de alta qualidade e luz branca. Isso nos aproxima um pouco do objetivo de incorporá-los em dispositivos ópticos comuns, como câmeras ", disse Alexander Zhu, co-autor do estudo.
Em seguida, os pesquisadores buscam ampliar a lente, com cerca de 1 cm de diâmetro. Isso abriria toda uma série de novas possibilidades, como aplicações em realidade virtual e aumentada.
Fonte: news.harvard.edu/gazette
