Los ingenieros de Caltech han desarrollado un sistema de lentes ópticas planas que pueden producirse en masa e integrarse fácilmente con sensores de imagen. allanando el camino para cámaras más baratas y livianas en todo, desde teléfonos celulares hasta dispositivos médicos.

La tecnología se basa en apilar dos metasuperficies. Las metauperficies son láminas de material cuyas propiedades electromagnéticas pueden modificarse bajo demanda. En este caso, las metasuperficies están salpicadas de cilindros de silicio de menos de una micra de diámetro que alteran la forma en que la luz pasa a través de ellas.

"La forma en que fabricamos lentes no ha cambiado mucho desde la época de van Leeuwenhoek. Hasta ahora, "dice Andrei Faraon de Caltech (BS '04), refiriéndose a Antonie van Leeuwenhoek, un científico holandés y fabricante de lentes que creó algunos de los primeros microscopios.

Faraón, profesor asistente de física aplicada y ciencia de los materiales en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Caltech, colaboró ​​con el investigador postdoctoral de Caltech Amir Arbabi y Seunghoon Han de Samsung Electronics para desarrollar el sistema de lentes. Su trabajo fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza el 28 de noviembre.

Una lente clásica hecha de plástico o vidrio tiene una forma curva que dobla el camino de la luz entrante hacia un solo punto focal. Esto se debe a que la luz viaja más rápido a través del vidrio más delgado en los bordes de la lente que a través del vidrio más grueso en el centro.

Las metasuperficies realizan la misma tarea utilizando nanopostes de silicio, cilindros de solo 600 nanómetros de altura y con diámetros variables en cientos de nanómetros. (Para escala, una hebra de cabello humano es 100, 000 nanómetros de ancho.) Cada metasuperficie está salpicada de decenas de millones de estos postes. La luz viaja más rápido a través de nanopostes con diámetros más pequeños que a través de nanopostes con diámetros más grandes, por lo que controlar el ancho de los nanoposts permite a los ingenieros ajustar con precisión la trayectoria de la luz que pasa a través de la metasuperficie para crear lentes planas.

Los primeros experimentos con metasuperficies de nanopost produjeron lentes cuyas imágenes eran borrosas en los bordes, como una lupa. Sin embargo, acoplando dos metasuperficies juntas, cada nanopost-side-out, los ingenieros pudieron crear un sistema de lentes que puede capturar y enfocar la luz desde un rango angular de 70 grados, haciendo que la tecnología sea útil por primera vez en aplicaciones de imágenes de cámaras y microscopios.

"Metasuperficies como estas se pueden producir fácilmente en masa, como son los chips de computadora, "Dice Arbabi." Eso significa que esta podría ser una forma barata y fácilmente escalable de crear lentes diminutos de solo unos pocos milímetros de diámetro ".

Además, las lentes se pueden integrar sin problemas con sensores de imagen CMOS (semiconductor complementario de óxido de metal) porque están fabricadas con los mismos materiales y técnicas de fabricación. Los sensores de imagen CMOS son los pequeños chips que sustentan la fotografía digital, y fueron desarrollados en JPL.

Plano, ligero, y hay una demanda de lentes baratos para varios productos electrónicos de consumo equipados con cámaras, o dispositivos médicos como endoscopios, Dice Faraon.

Próximo, el equipo planea integrar estas lentes en cámaras y microscopios miniaturizados, y ampliar su funcionalidad y ancho de banda operativo.