Las tecnologías de lentes han avanzado en todas las escalas, desde cámaras digitales y alto ancho de banda en fibra óptica hasta los instrumentos de laboratorio LIGO. Ahora, está surgiendo una nueva tecnología de lentes que podría producirse utilizando tecnología estándar de chip de computadora y podría reemplazar las capas voluminosasgeometrías complejas de lentes curvas tradicionales.
Las lentes planas, a diferencia de sus contrapartes tradicionales, son relativamente livianas, basadas en nanomateriales ópticos conocidos como metasuperficies. Cuando las nanoestructuras de sublongitud de onda de una metasuperficie forman ciertos patrones repetidos, imitan las complejas curvaturas que refractan la luz, pero con menos volumen y una mejorcapacidad de enfocar la luz con distorsión reducida. Sin embargo, la mayoría de estos dispositivos nanoestructurados son estáticos, lo que limita su funcionalidad.
Federico Capasso, un físico aplicado de la Universidad de Harvard que fue pionero en la tecnología de metalentes, y Daniel Lopez, líder del grupo de nanofabricación y dispositivos en el Laboratorio Nacional Argonne y uno de los primeros desarrolladores de sistemas microelectromecánicos MEMS, intercambiaron ideas sobre cómo agregar capacidades de movimiento como escaneo rápido ydirección del haz a metalentes para nuevas aplicaciones.
Capasso y Lopez desarrollaron un dispositivo que integra metalentes de espectro infrarrojo medio en MEMS. Los investigadores informan sus hallazgos esta semana en APL Photonics , de AIP Publishing.
MEMS es una tecnología basada en circuitos que incorpora microelectrónica, como las que se encuentran en los chips de computadora, e incluye microestructuras mecánicas como actuadores y engranajes. Ubicuo en todo, desde teléfonos celulares hasta bolsas de aire, dispositivos biosensores, electrodomésticos y ópticas, los MEMS se fabrican utilizando los mismostécnicas utilizadas para circuitos integrados en chips de computadora típicos.
"La integración densa de miles de dispositivos de lentes en MEMS controlados individualmente en un solo chip de silicio permitiría un grado sin precedentes de control y manipulación del campo óptico", dijo López.
Los investigadores formaron la lente de metasuperficie utilizando técnicas de fotolitografía estándar en una oblea de silicio sobre aislante con una capa de dispositivo superior de 2 micrones de espesor, una capa de óxido enterrado de 200 nanómetros y una capa de mango de 600 micrones de espesor.Luego, colocaron la lente plana en un escáner MEMS, esencialmente un microespejo que desvía la luz para una modulación de la longitud de la trayectoria óptica de alta velocidad. Alinearon la lente con la plataforma central del MEMS y las fijaron depositando pequeños parches de platino.
"Nuestro prototipo de lente de metasuperficie integrada MEMS se puede controlar eléctricamente para variar la rotación angular de una lente plana y puede escanear el punto focal en varios grados", dijo López. "Además, esta integración de prueba de concepto de metasuperficie-Las lentes planas basadas en escáneres MEMS pueden extenderse a las partes visibles y otras del espectro electromagnético, lo que implica el potencial de aplicación en campos más amplios, como sistemas de microscopios basados en MEMS, imágenes holográficas y de proyección, escáneres LIDAR detección de luz y rango.e impresión láser. "
Cuando se activa electrostáticamente, la plataforma MEMS controla el ángulo de la lente a lo largo de dos ejes ortogonales, lo que permite escanear el punto focal de la lente plana en aproximadamente 9 grados en cada dirección. Los investigadores estiman que la eficiencia de enfoque es de aproximadamente el 85 por ciento.
"Tales metalentes se pueden producir en masa con la misma tecnología de fabricación de chips de computadora y, en el futuro, reemplazarán las lentes convencionales en una amplia gama de aplicaciones", dijo Capasso.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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