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El sistema de funcionamiento de la lente (dibujo artístico). Imagen: Francesco Aieta. Fuente: Harvard University.
Físicos aplicados de la Escuela de Harvard de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) han creado una lente plana y ultrafina que enfoca la luz sin producir las distorsiones de las lentes convencionales. Con tan solo 60 nanómetros de grosor, la lente plana es esencialmente de dos dimensiones, sin embargo, su poder de enfoque se aproxima al límite físico establecido por las leyes de la difracción.
Funciona a longitudes de onda de telecomunicaciones (es decir, el rango comúnmente usado en comunicaciones por fibra óptica), es completamente escalable, de infrarrojo cercano a longitudes de onda de terahercios, y es sencilla de fabricar. Es tan pequeña que más de 1.500 como ella cabrían en el ancho de un cabello humano. Los resultados de esta investigación han sido publicados online por la revista Nano Letters.
Los investigadores explican que las lentes utilizadas para enfocar la luz en las lentes, microscopios y otros productos utilizan la misma tecnología básica que data de finales del siglo XIII, cuando las lentes para gafas se introdujeron en Europa. Las lentes existentes no son lo suficientemente delgadas o planas para eliminar las distorsiones, como la aberración esférica, el astigmatismo y la coma, que impiden la creación de una imagen nítida.
La corrección de las distorsiones requiere soluciones complejas, tales como lentes múltiples que aumentan el peso y ocupan espacio. Para superar estos desafíos, los científicos intentaron desarrollar una nueva lente plana y superfina, según detalla una nota de prensa de la SEAS.
"Nuestra lente abre la puerta a un nuevo tipo de tecnología", asegura el investigador principal, Federico Capasso,profesor de Física Aplicada e investigador senior en Ingeniería Eléctrica en SEAS. "Estamos presentando una nueva forma de hacer lentes. En lugar de provocar retardos de fase a medida que la luz se propaga a través del espesor del material, puedes producir un cambio de fase instantáneo justo en la superficie de la lente. Es muy emocionante ".
Capasso y sus colaboradores en SEAS crean la lente plana cubriendo una oblea delgada de silicio con una capa de oro espesor nanométrico. A continuación, quitan partes de la capa de oro para dejar en la superficie una serie de estructuras en forma de V, situadas en filas separadas por distancias iguales. Cuando el grupo de Capasso dispara un rayo láser sobre la lente plana, estas estructuras actúan como nanoantenas que captan la luz entrante y la “sujetan” brevemente antes de soltarla de nuevo.
Funciona a longitudes de onda de telecomunicaciones (es decir, el rango comúnmente usado en comunicaciones por fibra óptica), es completamente escalable, de infrarrojo cercano a longitudes de onda de terahercios, y es sencilla de fabricar. Es tan pequeña que más de 1.500 como ella cabrían en el ancho de un cabello humano. Los resultados de esta investigación han sido publicados online por la revista Nano Letters.
Los investigadores explican que las lentes utilizadas para enfocar la luz en las lentes, microscopios y otros productos utilizan la misma tecnología básica que data de finales del siglo XIII, cuando las lentes para gafas se introdujeron en Europa. Las lentes existentes no son lo suficientemente delgadas o planas para eliminar las distorsiones, como la aberración esférica, el astigmatismo y la coma, que impiden la creación de una imagen nítida.
La corrección de las distorsiones requiere soluciones complejas, tales como lentes múltiples que aumentan el peso y ocupan espacio. Para superar estos desafíos, los científicos intentaron desarrollar una nueva lente plana y superfina, según detalla una nota de prensa de la SEAS.
"Nuestra lente abre la puerta a un nuevo tipo de tecnología", asegura el investigador principal, Federico Capasso,profesor de Física Aplicada e investigador senior en Ingeniería Eléctrica en SEAS. "Estamos presentando una nueva forma de hacer lentes. En lugar de provocar retardos de fase a medida que la luz se propaga a través del espesor del material, puedes producir un cambio de fase instantáneo justo en la superficie de la lente. Es muy emocionante ".
Capasso y sus colaboradores en SEAS crean la lente plana cubriendo una oblea delgada de silicio con una capa de oro espesor nanométrico. A continuación, quitan partes de la capa de oro para dejar en la superficie una serie de estructuras en forma de V, situadas en filas separadas por distancias iguales. Cuando el grupo de Capasso dispara un rayo láser sobre la lente plana, estas estructuras actúan como nanoantenas que captan la luz entrante y la “sujetan” brevemente antes de soltarla de nuevo.
De izquierda a derecha, Francesco Aieta, Federico Capasso, y Patrice Genevet. Imagen: Eliza Grinnell Fuente: SEAS.
El "ojo de pez"
Estos retrasos, que se ajustan con precisión a través de la superficie de la lente, cambian la dirección de la luz de la misma manera que lo haría una lente de vidrio gruesa, pero con una diferencia importante. La lente plana elimina las aberraciones ópticas tales como el "ojo de pez" que producen las lentes de gran angular.
Aberraciones como el astigmatismo y la coma tampoco ocurren con la lente plana, por lo que la imagen resultante o señal es completamente precisa y no requiere ninguna técnica correctora compleja.
El conjunto de nanoantenas, apodado "metasuperficie", se puede ajustar para longitudes de onda específicas de la luz, simplemente cambiando el tamaño, ángulo y distancia entre las antenas.
"En el futuro podemos, potencialmente, reemplazar los componentes en la mayoría de los sistemas ópticos con superficies planas", señala uno de los autores principales, Francesco Aieta, un estudiante visitante de la Università Politecnica delle Marche en Italia. "Sin duda, atrapa la imaginación."
La investigación ha contado con la financiación de la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Robert A. Welch y el Séptimo Programa Marco de la UE, así como el apoyo del Centro de Sistemas de Nanoescala del la Universidad de Harvard.
Estos retrasos, que se ajustan con precisión a través de la superficie de la lente, cambian la dirección de la luz de la misma manera que lo haría una lente de vidrio gruesa, pero con una diferencia importante. La lente plana elimina las aberraciones ópticas tales como el "ojo de pez" que producen las lentes de gran angular.
Aberraciones como el astigmatismo y la coma tampoco ocurren con la lente plana, por lo que la imagen resultante o señal es completamente precisa y no requiere ninguna técnica correctora compleja.
El conjunto de nanoantenas, apodado "metasuperficie", se puede ajustar para longitudes de onda específicas de la luz, simplemente cambiando el tamaño, ángulo y distancia entre las antenas.
"En el futuro podemos, potencialmente, reemplazar los componentes en la mayoría de los sistemas ópticos con superficies planas", señala uno de los autores principales, Francesco Aieta, un estudiante visitante de la Università Politecnica delle Marche en Italia. "Sin duda, atrapa la imaginación."
La investigación ha contado con la financiación de la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Robert A. Welch y el Séptimo Programa Marco de la UE, así como el apoyo del Centro de Sistemas de Nanoescala del la Universidad de Harvard.
Referencia bibliográfica:
Francesco Aieta, Patrice Genevet, Mikhail A. Kats, Nanfang Yu, Romain Blanchard,Zeno Gaburro,Federico Capasso. Aberration-Free Ultrathin Flat Lenses and Axicons at Telecom Wavelengths Based on Plasmonic Metasurfaces. Nano Letters, 2012, 12 (9), pp 4932–4936. DOI: 10.1021/nl302516v.
Francesco Aieta, Patrice Genevet, Mikhail A. Kats, Nanfang Yu, Romain Blanchard,Zeno Gaburro,Federico Capasso. Aberration-Free Ultrathin Flat Lenses and Axicons at Telecom Wavelengths Based on Plasmonic Metasurfaces. Nano Letters, 2012, 12 (9), pp 4932–4936. DOI: 10.1021/nl302516v.
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