Los investigadores han desarrollado nuevas microlentes impresas en 3D con índices de refracción ajustables, una propiedad que les otorga capacidades de enfoque de luz altamente especializadas. Este avance está destinado a mejorar las imágenes, informática y comunicaciones aumentando significativamente la capacidad de enrutamiento de datos de chips de computadora y otros sistemas ópticos, dijeron los investigadores.

El estudio fue dirigido por los investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Paul Braun y Lynford Goddard, y es el primero en demostrar la capacidad de ajustar la dirección en la que la luz se dobla y viaja a través de una lente con precisión submicrométrica.

Los resultados del estudio se publican en la revista Luz:ciencia y aplicación .

"Tener la capacidad de fabricar ópticas con diferentes formas y parámetros ópticos ofrece una solución a los problemas comunes que se enfrentan en la óptica, "dijo Braun, quien es profesor de ciencia e ingeniería de materiales. "Por ejemplo, en aplicaciones de imágenes, enfocarse en un objeto específico a menudo resulta en bordes borrosos. O, en aplicaciones de transferencia de datos, se desean velocidades más altas sin sacrificar espacio en un chip de computadora. Nuestra nueva técnica de fabricación de lentes aborda estos problemas en un dispositivo integrado ".

Como demostración, el equipo fabricó tres lentes:una lente plana; la primera lente Luneburg de luz visible del mundo, una lente esférica previamente imposible de fabricar con propiedades de enfoque únicas; y guías de ondas tridimensionales que pueden permitir capacidades de enrutamiento de datos masivas.

"Una lente estándar tiene un índice de refracción único y, por lo tanto, solo una vía por la que la luz puede viajar a través de la lente, "dijo Goddard, quien es profesor de ingeniería eléctrica e informática. "Al tener control sobre el índice de refracción interno y la forma de la lente durante la fabricación, tenemos dos formas independientes de curvar la luz dentro de una sola lente ".

En el laboratorio, el equipo utiliza un proceso llamado escritura con láser directo para crear las lentes. Un láser solidifica polímeros líquidos y forma pequeñas estructuras ópticas geométricas hasta 100 veces más pequeñas que un cabello humano. La escritura con láser directo se ha utilizado en el pasado para crear otras microlentes que solo tenían un índice de refracción, dijeron los investigadores.

"Abordamos las limitaciones del índice de refracción imprimiendo dentro de un material de soporte de andamio nanoporoso, ", Dijo Braun." El andamio bloquea la microóptica impresa en su lugar, permitiendo la fabricación de un sistema 3-D con componentes suspendidos ".

Los investigadores teorizan que este control del índice de refracción es el resultado del proceso de fraguado del polímero. "La cantidad de polímero que queda atrapado dentro de los poros está controlada por la intensidad del láser y las condiciones de exposición, ", Dijo Braun." Si bien las propiedades ópticas del polímero en sí no cambian, el índice de refracción general del material se controla en función de la exposición al láser ".

Los miembros del equipo dijeron que esperan que su método tenga un impacto significativo en la fabricación de componentes ópticos complejos y sistemas de imágenes y sea útil para promover la informática personal.

"Un gran ejemplo de la aplicación de este desarrollo será su impacto en la transferencia de datos dentro de una computadora personal, "Dijo Goddard." Las computadoras actuales usan conexiones eléctricas para transmitir datos. Sin embargo, los datos se pueden enviar a una velocidad significativamente mayor usando una guía de ondas óptica porque se pueden usar diferentes colores de luz para enviar datos en paralelo. Un desafío importante es que las guías de ondas convencionales solo se pueden hacer en un solo plano y, por lo tanto, se puede conectar un número limitado de puntos en el chip. Al crear guías de ondas tridimensionales, podemos mejorar drásticamente el enrutamiento de datos, velocidad de transferencia y eficiencia energética ".