Las metalentes (superficies planas que utilizan nanoestructuras para enfocar la luz) prometen revolucionar la óptica al reemplazar las voluminosas lentes curvas que se utilizan actualmente en dispositivos ópticos con un simple, superficie plana. Pero, estas metalentes han permanecido limitadas en el espectro de luz que pueden enfocar bien. Ahora, un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson ha desarrollado la primera lente única que puede enfocar todo el espectro visible de luz, incluida la luz blanca, en el mismo lugar y en alta resolución. Esto solo se ha logrado en lentes convencionales apilando múltiples lentes.

La investigación se publica en Nanotecnología de la naturaleza .

Enfocar todo el espectro visible y la luz blanca, combinación de todos los colores del espectro, es un gran desafío porque cada longitud de onda se mueve a través de los materiales a diferentes velocidades. Longitudes de onda rojas, por ejemplo, se moverá a través del vidrio más rápido que el azul, por lo que los dos colores llegarán a la misma ubicación en diferentes momentos, lo que resultará en diferentes focos. Esto crea distorsiones de imagen conocidas como aberraciones cromáticas.

Las cámaras y los instrumentos ópticos utilizan múltiples lentes curvas de diferentes espesores y materiales para corregir estas aberraciones. cuales, por supuesto, se suma a la mayor parte del dispositivo.

"Las metalentes tienen ventajas sobre las lentes tradicionales, "dice Federico Capasso, el profesor Robert L. Wallace de física aplicada y el investigador principal Vinton Hayes en ingeniería eléctrica en SEAS y autor principal de la investigación. "Las metalentes son delgadas, fácil de fabricar y rentable. Este avance extiende esas ventajas a todo el rango de luz visible. Este es el próximo gran paso ".

La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard (OTD) ha protegido la propiedad intelectual relacionada con este proyecto y está explorando oportunidades de comercialización.

Las metalentes desarrolladas por Capasso y su equipo utilizan matrices de nanofinas de dióxido de titanio para enfocar por igual las longitudes de onda de la luz y eliminar la aberración cromática. Investigaciones anteriores demostraron que se podían enfocar diferentes longitudes de onda de luz pero a diferentes distancias optimizando la forma, ancho, distancia, y altura de las nanaletas. En este último diseño, los investigadores crearon unidades de nanofinas emparejadas que controlan la velocidad de diferentes longitudes de onda de la luz simultáneamente. Las nanofinas emparejadas controlan el índice de refracción en la metasuperficie y están ajustadas para dar lugar a diferentes retrasos de tiempo para que la luz pase a través de diferentes aletas. asegurándose de que todas las longitudes de onda alcancen el punto focal al mismo tiempo.

"Uno de los mayores desafíos en el diseño de una lente de banda ancha acromática es asegurarse de que las longitudes de onda salientes de todos los diferentes puntos de las metalentes lleguen al punto focal al mismo tiempo, "dijo Wei Ting Chen, becario postdoctoral en SEAS y primer autor del artículo. "Al combinar dos nanofinas en un elemento, podemos ajustar la velocidad de la luz en el material nanoestructurado, para garantizar que todas las longitudes de onda en el visible estén enfocadas en el mismo lugar, utilizando un solo metalente. Esto reduce drásticamente el grosor y la complejidad del diseño en comparación con las lentes acromáticas estándar compuestas ".

"Con nuestra lente acromática, somos capaces de realizar una alta calidad, imágenes de luz blanca. Esto nos acerca un paso más al objetivo de incorporarlos en dispositivos ópticos comunes como cámaras, "dijo Alexander Zhu, coautor del estudio.

Próximo, los investigadores apuntan a ampliar la lente, hasta aproximadamente 1 cm de diámetro. Esto abriría una gran cantidad de nuevas posibilidades, como aplicaciones en realidad virtual y aumentada.