Os pesquisadores desenvolveram novas microlentes impressas em 3-D com índices de refração ajustáveis ​​- uma propriedade que lhes dá habilidades de foco de luz altamente especializadas. Este avanço visa melhorar a imagem, computação e comunicações, aumentando significativamente a capacidade de roteamento de dados de chips de computador e outros sistemas ópticos, disseram os pesquisadores.

O estudo foi conduzido pelos pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign, Paul Braun e Lynford Goddard, e é o primeiro a demonstrar a capacidade de ajustar a direção na qual a luz se curva e viaja através de uma lente com precisão submicrométrica.

Os resultados do estudo são publicados na revista. Luz:Ciência e Aplicação .

"Ter a capacidade de fabricar óticas com diferentes formas e parâmetros óticos oferece uma solução para problemas comuns enfrentados na ótica, "disse Braun, que é professor de ciência e engenharia de materiais. "Por exemplo, em aplicativos de imagem, focar em um objeto específico geralmente resulta em bordas desfocadas. Ou, em aplicativos de transferência de dados, velocidades mais altas são desejadas sem sacrificar o espaço em um chip de computador. Nossa nova técnica de fabricação de lentes resolve esses problemas em um dispositivo integrado. "

Como demonstração, a equipe fabricou três lentes:uma lente plana; a primeira lente Luneburg de luz visível do mundo - uma lente esférica anteriormente impossível de fabricar com propriedades de foco exclusivas; e guias de onda 3-D que podem permitir recursos massivos de roteamento de dados.

"Uma lente padrão tem um único índice de refração e, portanto, apenas um caminho que a luz pode percorrer através da lente, "disse Goddard, que é professor de engenharia elétrica e da computação. "Por ter controle sobre o índice de refração interno e a forma da lente durante a fabricação, temos duas maneiras independentes de dobrar a luz dentro de uma única lente. "

No laboratório, a equipe usa um processo chamado gravação a laser direto para criar as lentes. Um laser solidifica polímeros líquidos e forma pequenas estruturas ópticas geométricas até 100 vezes menores que um fio de cabelo humano. A gravação a laser direto foi usada no passado para criar outras microlentes que tinham apenas um índice de refração, disseram os pesquisadores.

"Abordamos as limitações do índice de refração imprimindo dentro de um material de suporte de andaime nanoporoso, "Braun disse." O andaime trava a micro-óptica impressa no lugar, permitindo a fabricação de um sistema 3-D com componentes suspensos. "

Os pesquisadores teorizam que esse controle do índice de refração é resultado do processo de polimerização. "A quantidade de polímero que fica presa dentro dos poros é controlada pela intensidade do laser e pelas condições de exposição, "Braun disse." Embora as propriedades ópticas do polímero em si não mudem, o índice de refração geral do material é controlado em função da exposição ao laser. "

Os membros da equipe disseram que esperam que seu método tenha um impacto significativo na fabricação de complexos componentes ópticos e sistemas de imagem e seja útil no avanço da computação pessoal.

“Um grande exemplo da aplicação deste desenvolvimento será o seu impacto na transferência de dados dentro de um computador pessoal, "Goddard disse." Os computadores atuais usam conexões elétricas para transmitir dados. Contudo, os dados podem ser enviados a uma taxa significativamente mais alta usando um guia de onda óptico porque diferentes cores de luz podem ser usadas para enviar dados em paralelo. Um grande desafio é que os guias de onda convencionais só podem ser feitos em um único plano e, portanto, um número limitado de pontos no chip pode ser conectado. Ao criar guias de ondas tridimensionais, podemos melhorar drasticamente o roteamento de dados, velocidade de transferência e eficiência energética. "