Los investigadores han diseñado una lente óptica con la apertura numérica de espacio libre más alta hasta la fecha, logrando un valor de poco menos de 1. Como la apertura numérica indica la resolución más alta posible que puede alcanzar una lente, la nueva lente puede enfocar la luz con una capacidad sin precedentes, así como captar la luz desde ángulos amplios. Estas capacidades deberían hacer que la lente sea particularmente útil para aplicaciones con poca luz, como la emisión de un solo fotón, que se utiliza a menudo en sistemas de óptica cuántica.

Los investigadores, liderado por Arseniy Kuznetsov y Ramón Paniagua-Domínguez, en A * STAR (Agencia para la Ciencia, Tecnología, e investigación) y la Universidad Tecnológica de Nanyang, ambos en Singapur, han publicado un artículo sobre la lente con apertura numérica cercana a la unidad en un número reciente de Nano letras .

Previamente, la apertura numérica más alta para una lente de espacio libre fue 0,95, que corresponde a un ángulo máximo de recogida de alrededor de 72 °. Debido a la forma en que se fabrican estas lentes, también son grandes y costosos, por lo que no se puede reducir fácilmente para trabajar con sistemas muy pequeños.

Con su apertura numérica de 0,99, la nueva lente tiene una resolución más alta y un ángulo de captación más grande de 82 °. La nueva lente está hecha de una metasuperficie en lugar de materiales de lentes tradicionales. La metasuperficie consiste en un patrón de estructuras de escala de sublongitud de onda y tiene un espesor total de menos de una longitud de onda de luz. resultando en un tamaño pequeño que expande enormemente sus aplicaciones potenciales.

"Las lentes / objetivos de microscopio de alta apertura numérica son componentes ópticos importantes que se utilizan ampliamente en microscopía, sistemas de detección óptica, litografía óptica, óptica cuántica, etc., "Kuznetsov dijo Phys.org . "Tener una alta apertura numérica es de primordial importancia para lograr una alta resolución y un alto nivel de detección de señales ópticas. Las lentes / objetivos de microscopio de alta apertura numérica existentes en la actualidad son voluminosos y costosos. En este trabajo, mostramos eso, utilizando un nuevo concepto de metasuperficies basado en nanoantenas dieléctricas, es posible diseñar y realizar componentes ópticos planos que pueden lograr una apertura numérica superior a todos los objetivos ópticos existentes, utilizando sólo un dispositivo de unos pocos cientos de nanómetros de espesor ".

Para demostrar las ventajas de la nueva lente, los investigadores lo utilizaron para obtener imágenes de los centros de vacantes de nitrógeno en nanocristales de diamantes, que tienen un tamaño de varias decenas de nanómetros. Las imágenes escaneadas por los nuevos metalentes revelaron puntos más pequeños en comparación con las imágenes escaneadas con lentes comerciales con aperturas numéricas más pequeñas. demostrando la resolución más alta de la nueva lente.

Los investigadores esperan que, en el futuro, la nueva lente también se puede utilizar para realizar mejoras en la fotolitografía, que se utiliza para producir chips de computadora y otros dispositivos de alta resolución. Además, Se espera que la colección de gran angular de la nueva lente aumente la eficiencia de los procesos de emisión de un solo fotón, que se utilizan en sistemas de óptica cuántica.

"Creemos que este nuevo concepto encontrará amplias aplicaciones en áreas donde la detección de señales ópticas débiles es importante, ", Dijo Kuznetsov." Un ejemplo es la óptica cuántica, que trata de sistemas que contienen solo átomos individuales o emisores cuánticos que emiten luz al nivel de un solo fotón. Tales lentes planas no solo permiten la detección de señales ópticas débiles, pero también puede operar en condiciones extremas de bajas temperaturas y en vacío, que es típico de los experimentos de óptica cuántica.

"Otra dirección de aplicación importante podría ser en dispositivos fotónicos portátiles y portátiles, donde se requiere una integración densa de componentes ópticos de alta eficiencia. Por ejemplo, las lentes podrían encontrar aplicaciones en cámaras de teléfonos móviles y gafas de realidad aumentada ".

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