Las tecnologías de lentes han avanzado en todas las escalas, desde cámaras digitales y alto ancho de banda en fibra óptica hasta los instrumentos de laboratorio LIGO. Ahora, Está surgiendo una nueva tecnología de lentes que podría producirse utilizando tecnología estándar de chips de computadora y que podría reemplazar las capas voluminosas y las geometrías complejas de las lentes curvas tradicionales.

Lentes planas, a diferencia de sus homólogos tradicionales, son relativamente ligeros, basado en nanomateriales ópticos conocidos como metasuperficies. Cuando las nanoestructuras de sublongitud de onda de una metasuperficie forman ciertos patrones repetidos, imitan las complejas curvaturas que refractan la luz, pero con menos volumen y una capacidad mejorada para enfocar la luz con una distorsión reducida. Sin embargo, la mayoría de estos dispositivos nanoestructurados son estáticos, lo que limita su funcionalidad.

Federico Capasso, un físico aplicado en la Universidad de Harvard que fue pionero en la tecnología de metalentes, y Daniel Lopez, líder del grupo de nanofabricación y dispositivos en el Laboratorio Nacional de Argonne y uno de los primeros desarrolladores de sistemas microelectromecánicos (MEMS), Hizo una lluvia de ideas sobre cómo agregar capacidades de movimiento como escaneo rápido y dirección de haz a metalentes para nuevas aplicaciones.

Capasso y Lopez desarrollaron un dispositivo que integra metalentes de espectro infrarrojo medio en MEMS. Los investigadores informan sus hallazgos esta semana en APL Photonics , de AIP Publishing.

MEMS es una tecnología basada en circuitos que incorpora microelectrónica, como los que se encuentran en los chips de computadora, e incluye microestructuras mecánicas como actuadores y engranajes. Ubicuo en todo, desde teléfonos celulares hasta bolsas de aire, dispositivos biosensores, electrodomésticos y óptica, Los MEMS se fabrican utilizando las mismas técnicas que se utilizan para circuitos integrados en chips de computadora típicos.

"La densa integración de miles de dispositivos de lentes en MEMS controlados individualmente en un solo chip de silicio permitiría un grado sin precedentes de control y manipulación del campo óptico, "Dijo López.

Los investigadores formaron la lente de metasuperficie utilizando técnicas de fotolitografía estándar en una oblea de silicio sobre aislante con una capa de dispositivo superior de 2 micrones de espesor. una capa de óxido enterrado de 200 nanómetros, y una capa de mango de 600 micrones de espesor. Luego, colocaron la lente plana en un escáner MEMS, esencialmente un microespejo que desvía la luz para una modulación de la longitud de la trayectoria óptica de alta velocidad. Alinearon la lente con la plataforma central de los MEMS y los unieron depositando pequeños parches de platino.

"Nuestro prototipo de lente de metasuperficie integrada MEMS se puede controlar eléctricamente para variar la rotación angular de una lente plana y puede escanear el punto focal en varios grados, López dijo. Además, Esta integración de prueba de concepto de lentes planas basadas en metasuperficies con escáneres MEMS puede extenderse a las partes visibles y otras del espectro electromagnético, lo que implica el potencial de aplicación en campos más amplios, como los sistemas de microscopios basados ​​en MEMS, imágenes holográficas y de proyección, Escáneres LIDAR (detección de luz y rango) e impresión láser ".

Cuando se acciona electrostáticamente, la plataforma MEMS controla el ángulo de la lente a lo largo de dos ejes ortogonales, permitiendo el escaneo del punto focal de la lente plana en aproximadamente 9 grados en cada dirección. Los investigadores estiman que la eficiencia de enfoque es de aproximadamente el 85 por ciento.

"Estas metalentes se pueden producir en masa con la misma tecnología de fabricación de chips de computadora y, en el futuro, reemplazará las lentes convencionales en una amplia gama de aplicaciones, "Dijo Capasso.