Los investigadores de A * STAR han desarrollado superficies que redirigen eficientemente la propagación de la luz. Ramón Paniagua-Domínguez, trabajando con colegas del Instituto de almacenamiento de datos A * STAR y la Universidad Tecnológica de Nanyang, ha inventado componentes ópticos compactos y livianos que podrían integrarse en dispositivos optoelectrónicos portátiles.

Los componentes ópticos de vidrio tradicionales alteran la propagación de la luz a través de la reflexión y la refracción. Suelen ser tridimensionales:una lente, por ejemplo, requiere una superficie curva que enfoque la luz en un punto. Pero estos elementos voluminosos añaden peso, a las cámaras de los teléfonos móviles, por ejemplo.

Una alternativa más plana se encuentra en las metasuperficies, que constan de una serie de estructuras, cada uno más pequeño que la longitud de onda de la luz, diseñado para modificar las características de la luz incidente. Cuando un rayo óptico golpea esta superficie, dispersa los elementos de sublongitud de onda, formando un haz de salida con propiedades elegidas. Esto puede, por ejemplo, utilizarse para doblar el haz entrante en una nueva dirección. Sin embargo, la eficiencia con la que la luz se redistribuye en la dirección correcta disminuye drásticamente al aumentar los ángulos, dificultando la flexión de la luz en ángulos muy grandes.

Paniagua-Domínguez y el equipo logran una canalización óptica eficiente en cualquier ángulo deseado utilizando una metasuperficie que comprende una matriz de nanoantenas asimétricas. Como antenas normales, alteran los patrones de directividad de dispersión suprimiendo o mejorando la emisión en diferentes ángulos. "Nuestro nuevo enfoque va más allá del diseño estándar, que es utilizar el mapeo de fases, "explica Paniagua-Domínguez." Prevemos que estas metasuperficies pueden superar a las ópticas de volumen tradicionales no solo en términos de eficiencia, sino también funcionalidad ".

Los investigadores demostraron este concepto experimentalmente grabando su diseño de matriz de nanoantenas en una película delgada de dióxido de titanio sobre un sustrato de vidrio. Un diseño que investigaron tenía una estructura que se parecía vagamente a un pez, con un anillo que rodea un vértice de un triángulo. Las dimensiones de los peces estaban todas por debajo de los 300 nanómetros, mucho menor que la longitud de onda de la luz incidente. Con este enfoque novedoso, pudieron desviar más del 50 por ciento de la energía de un rayo de luz verde entrante en un ángulo de hasta 73 grados. Es más, y contrariamente a enfoques anteriores, esta estructura demostró operación de banda ancha, curvar la luz de forma eficaz a lo largo de las longitudes de onda en las partes verde y azul del espectro.

"Basado en este concepto, ahora estamos trabajando hacia una lente plana con una apertura numérica extremadamente grande, "dice Paniagua-Domínguez." Es decir, una lente que puede enfocar la luz en un punto muy pequeño o resolver objetos o características muy pequeñas ".