Lentes planas criadas pela combinação de duas camadas de metamaterial cravejadas com nanoposts de silício. Crédito:Caltech
Os engenheiros da Caltech desenvolveram um sistema de lentes ópticas planas que podem ser facilmente produzidas em massa e integradas com sensores de imagem, abrindo caminho para câmeras mais baratas e mais leves em tudo, desde telefones celulares a dispositivos médicos.
A tecnologia se baseia no empilhamento de duas metassuperfícies. Metasurfaces são folhas de material cujas propriedades eletromagnéticas podem ser alteradas sob demanda. Nesse caso, as metassuperfícies são pontilhadas com cilindros de silício menores que um mícron de diâmetro que alteram a forma como a luz passa por eles.
"A maneira como fazemos lentes não mudou muito desde a época de van Leeuwenhoek. Até agora, "diz Andrei Faraon (BS '04) da Caltech, referindo-se a Antonie van Leeuwenhoek, um cientista holandês e fabricante de lentes que criou alguns dos primeiros microscópios.
Faraon, professor assistente de física aplicada e ciência dos materiais na Divisão de Engenharia e Ciências Aplicadas da Caltech, colaborou com o pesquisador de pós-doutorado da Caltech Amir Arbabi e Seunghoon Han da Samsung Electronics para desenvolver o sistema de lentes. Seu trabalho foi publicado em Nature Communications em 28 de novembro.
Uma lente clássica feita de plástico ou vidro tem uma forma curva que curva o caminho da luz incidente em direção a um único ponto focal. Isso ocorre porque a luz viaja mais rápido através do vidro mais fino nas bordas da lente do que através do vidro mais grosso no centro.
Duas camadas de nanoposts geram um campo mais amplo de clareza (à esquerda), em comparação com uma única camada (direita). Crédito:Caltech
As metassuperfícies realizam a mesma tarefa usando nanoposts de silício, cilindros com apenas 600 nanômetros de altura e com diâmetros variados na casa das centenas de nanômetros. (Para escala, uma mecha de cabelo humano tem 100, (000 nanômetros de largura). Cada metassuperfície é pontilhada com dezenas de milhões desses postes. A luz viaja mais rápido através dos nanoposts com diâmetros menores do que através dos nanoposts com diâmetros maiores, portanto, controlar a largura dos nanoposts permite que os engenheiros ajustem com precisão o caminho da luz que passa pela metassuperfície para criar lentes planas.
Os primeiros experimentos com metassuperfícies nanopost produziram lentes cujas imagens eram borradas nas bordas - como uma lupa. Contudo, ao acoplar duas metasuperfícies, cada nanopost-side-out, os engenheiros foram capazes de criar um sistema de lentes que pode capturar e focar a luz de uma faixa angular de 70 graus, tornando a tecnologia útil pela primeira vez em aplicações de imagem de microscópio e câmera.
"Metasuperfícies como essas podem ser facilmente produzidas em massa, muito parecido com os chips de computador, "Arbabi diz." Isso significa que esta pode ser uma forma barata e facilmente escalonável de criar lentes minúsculas com apenas alguns milímetros de diâmetro. "
Além disso, as lentes podem ser integradas perfeitamente com sensores de imagem CMOS (semicondutores de óxido metálico complementar) porque são feitos usando os mesmos materiais e técnicas de fabricação. Sensores de imagem CMOS são os minúsculos chips que sustentam a fotografia digital, e foram desenvolvidos no JPL.
Plano, leve, e lentes baratas estão em demanda para vários produtos eletrônicos de consumo equipados com câmeras, ou dispositivos médicos, como endoscópios, Faraon diz.
Próximo, a equipe planeja integrar essas lentes em câmeras e microscópios miniaturizados, e estender sua funcionalidade e largura de banda de operação.
