Una lente óptica ultradelgada hecha de una monocapa de dicalcogenuros de metales de transición bidimensionales (TMDC) podría allanar el camino para los dispositivos de imágenes de próxima generación. Un equipo internacional de investigadores, dirigido por el profesor Baohua Jia de la Universidad Tecnológica de Swinburne en Australia, utilizó escritura láser de femtosegundos para modelar nanopartículas en cristales TMDC. La lente tiene una resolución de sub-longitud de onda y una eficiencia de enfoque tridimensional del 31%, sentar las bases de los dispositivos ópticos para su uso en nanoóptica y aplicaciones fotónicas en chip.

Las lentes son uno de los componentes ópticos más utilizados en la vida diaria, incluyendo anteojos, objetivos microscópicos, lupa, y lentes de cámara. Las lentes convencionales se basan en el principio de refracción de la luz, utilizando diferentes materiales, Superficies esféricas y posiciones espaciales para lograr el control de la luz. La fabricación de lentes convencionales, incluidos los procesos de selección de materiales, corte, molienda áspera, molienda fina, pulido, y pruebas. Para minimizar las aberraciones, incluida la aberración cromática, aberración esférica y astigmatismos, es necesario apilar múltiples capas de lentes para formar lentes compuestos, lo que lleva a la complejidad y la incomodidad de los equipos de cámara actuales.

Por lo tanto, Se ha dedicado un gran esfuerzo al desarrollo de lentes planas ultrafinas. A diferencia de las lentes convencionales, Las lentes planas utilizan nanoestructuras para modular la luz. Controlando las propiedades ópticas y la posición espacial de cada nanoelemento, funciones avanzadas, como el enfoque acromático y sin aberraciones, Se puede lograr una alta resolución espacial y distribuciones especiales de intensidad focal. Sin embargo, cuando el espesor del material se reduce a la escala de sublongitud de onda, la modulación de fase o amplitud insuficiente basada en el índice de refracción intrínseco y la absorción de los materiales da como resultado un rendimiento deficiente de la lente.

En un nuevo artículo publicado en Ciencias de la luz y aplicaciones , un equipo de científicos, dirigido por el Prof. Baohua Jia en el Centro de Atomateriales Traslacionales, Universidad Tecnológica de Swinburne, Australia, Prof. Qiaoliang Bao anteriormente en la Universidad de Monash, El profesor Chengwei Qiu de la Universidad Nacional de Singapur y sus colaboradores han desarrollado un método innovador para fabricar lentes de alto rendimiento en material dicalcogenuro de metal de transición bidimensional (TMDC) monocapa mediante el uso de un láser de femtosegundos para modelar nanopartículas. La lente tiene una resolución de sub-longitud de onda y una eficiencia de enfoque del 31%, sentando las bases para dispositivos ópticos delgados en última instancia para su uso en nanoóptica y aplicaciones fotónicas en chip.

Aunque ya se han demostrado lentes fabricados con TMDC multicapa, cuando su espesor se reduce a la escala subnanométrica, su modulación de fase o amplitud insuficiente da como resultado eficiencias de enfoque de menos del 1%. El equipo internacional descubrió que es posible generar nanopartículas mediante el uso de un rayo láser de femtosegundos para interactuar con el material TMDC monocapa. que es significativamente diferente del proceso producido por un láser de onda continua. Cuando el pulso láser es tan corto que todo el material permanece frío después del proceso láser, las nanopartículas pueden adherirse firmemente al sustrato. Las nanopartículas muestran una dispersión muy fuerte para modular la amplitud de la luz. Por lo tanto, La lente hecha de nanopartículas puede proporcionar una resolución de sublongitud de onda y una alta eficiencia. lo que permite al equipo demostrar imágenes con difracción limitada mediante el uso de lentes.

Una monocapa es la forma más delgada de un material, que es el límite máximo de espesor físico. Al usar la monocapa para la fabricación de lentes, el proceso demostrado en este estudio consumió la menor cantidad de material que cumplió con la limitación teórica. Más importante, la técnica de fabricación con láser de femtosegundos es un proceso simple de un solo paso, sin los requisitos de alto vacío o ambiente especial, por lo tanto, proporciona la forma más sencilla de fabricar una lente plana ultradelgada. Como resultado, la lente se puede integrar fácilmente en cualquier dispositivo fotónico o microfluídico para aplicaciones amplias.

"Hemos utilizado el material más delgado del mundo para fabricar una lente plana, y demostrar que el buen rendimiento de la lente ultradelgada puede generar imágenes de alta resolución. Muestra un enorme potencial en diferentes aplicaciones, como anteojos, lentes de microscopía, telescopios y lentes de cámara. Es previsible que al utilizar esta técnica, el peso y el tamaño de las lentes de las cámaras se pueden reducir significativamente en un futuro próximo, "dijo el Dr. Han Lin, el primer autor del Centro de Atomateriales Traslacionales, Universidad Tecnológica de Swinburne.

"Estamos entusiasmados de ver este resultado único del procesamiento láser de femtosegundos de materiales 2-D. Abre nuevas posibilidades para fabricar dispositivos fotónicos utilizando un método escalable, "añadido por el Prof. Baohua Jia, Director del Centro de Atomateriales Traslacionales.

"Podemos integrar la lente de material monocapa 2-D en los dispositivos deseados simplemente uniendo el material y luego usando un láser de femtosegundos para realizar la fabricación. Todo el proceso es simple, y el método es flexible y de bajo costo. Por lo tanto, también vemos el gran potencial de aplicación del método, ", comentó el profesor Qiaoliang Bao anteriormente en la Universidad de Monash.

"Diseñamos nuestra lente de tal manera que la imagen se pueda encontrar en diferentes planos focales, con diferentes aumentos. Este mecanismo se puede utilizar fácilmente para desarrollar una lente de zoom óptico para su uso en cámaras de teléfonos móviles. En la actualidad, Se utilizan lentes con diferentes distancias focales para lograr diferentes funciones de zoom. Sin embargo, Nuestras lentes pueden lograr diferentes velocidades de zoom simplemente con un diseño, ", concluyó el profesor Chengwei Qiu de las previsiones de la Universidad Nacional de Singapur.