Una nueva forma de tomar imágenes en la parte infrarroja media del espectro, desarrollada por investigadores del MIT y de otros lugares, podría permitir una amplia variedad de aplicaciones, incluidas imágenes térmicas, detección biomédica y comunicación en el espacio libre.
La banda de radiación electromagnética de infrarrojo medio IR medio es una parte particularmente útil del espectro; puede proporcionar imágenes en la oscuridad, trazar firmas de calor y proporcionar detección sensible de muchas señales biomoleculares y químicas. Pero sistemas ópticospara esta banda de frecuencias ha sido difícil de hacer, y los dispositivos que las usan son altamente especializados y caros. Ahora, los investigadores dicen que han encontrado un enfoque altamente eficiente y fabricable en masa para controlar y detectar estas ondas.
Los hallazgos se informan en la revista Comunicaciones de la naturaleza en un documento de los investigadores del MIT Tian Gu y Juejun Hu, el investigador de la Universidad de Massachusetts en Lowell, Hualiang Zhang, y otros 13 en el MIT, la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China y la Universidad Normal del Este de China.
El nuevo enfoque utiliza un material plano y artificial compuesto de elementos ópticos nanoestructurados, en lugar de las lentes gruesas de vidrio curvado habituales utilizadas en la óptica convencional. Estos elementos proporcionan respuestas electromagnéticas a pedido y se realizan utilizando técnicas similares a las utilizadas parachips de computadora ". Este tipo de metasuperficie se puede hacer utilizando técnicas de microfabricación estándar", dice Gu. "La fabricación es escalable".
Agrega que "ha habido demostraciones notables de óptica de metasuperficie en luz visible e infrarrojo cercano, pero en el infrarrojo medio se mueve lentamente". Al comenzar esta investigación, dice, la pregunta era, ya que podían hacerestos dispositivos son extremadamente delgados, "¿Podríamos también hacerlos eficientes y de bajo costo?" Eso es lo que los miembros del equipo dicen que ahora han logrado.
El nuevo dispositivo utiliza una matriz de elementos ópticos de película delgada de forma precisa llamados "metaátomos" hechos de aleación de calcogenuro, que tiene un alto índice de refracción que puede formar estructuras ultrafinas de alto rendimiento llamadas metaátomos.átomos, con formas que se asemejan a letras mayúsculas como I o H, se depositan y modelan en un sustrato de fluoruro transparente a IR. Las formas diminutas tienen espesores que son una fracción de las longitudes de onda de la luz que se observa, y colectivamente pueden funcionar como unlente. Proporcionan una manipulación de frente de onda casi arbitraria que no es posible con materiales naturales a escalas más grandes, pero tienen una pequeña fracción del grosor y, por lo tanto, solo se necesita una pequeña cantidad de material. "Es fundamentalmente diferente de la óptica convencional", dice..
El proceso "nos permite utilizar técnicas de fabricación muy simples", explica Gu, al evaporar térmicamente el material sobre el sustrato. Han demostrado la técnica en obleas de 6 pulgadas con alto rendimiento, un estándar en microfabricación, y "nosotros"estamos estudiando la fabricación a mayor escala "
Los dispositivos transmiten el 80 por ciento de la luz IR media con eficiencias ópticas de hasta el 75 por ciento, lo que representa una mejora significativa sobre las metaópticas IR medias existentes, dice Gu. También pueden hacerse mucho más livianos y delgados que la óptica IR convencional.El mismo método, al variar el patrón de la matriz, los investigadores pueden producir arbitrariamente diferentes tipos de dispositivos ópticos, incluido un deflector de haz simple, una lente cilíndrica o esférica y lentes asféricas complejas. Las lentes han sido demostradas para enfocar la luz IR media conla máxima nitidez teóricamente posible, conocida como límite de difracción.
Estas técnicas permiten la creación de dispositivos metaópticos, que pueden manipular la luz de formas más complejas que las que se pueden lograr con materiales transparentes a granel convencionales, dice Gu. Los dispositivos también pueden controlar la polarización y otras propiedades.
La luz IR media es importante en muchos campos. Contiene las bandas espectrales características de la mayoría de los tipos de moléculas y penetra en la atmósfera de manera efectiva, por lo que es clave para detectar una amplia gama de sustancias, como en el monitoreo ambiental, así comoPara las aplicaciones militares e industriales, dicen los investigadores. Dado que la mayoría de los materiales ópticos ordinarios utilizados en las bandas visibles o cercanas al infrarrojo son totalmente opacos a estas longitudes de onda, los sensores de IR medio han sido complejos y costosos de fabricar. Por lo tanto, el nuevo enfoque podría abrirseaplicaciones potenciales completamente nuevas, incluso en productos de detección de consumidores o imágenes, dice Gu.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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