Lente plana foca todas as cores sem aberração

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Esta metalente plana é a primeira lente única que pode focar todo o espectro visível da luz - incluindo a luz branca - no mesmo local e em alta resolução.[Imagem: Jared Sisler/Harvard SEAS]

Lente plana

Metalentes - superfícies planas que utilizam nanoestruturas para focar a luz - prometem revolucionar a óptica, substituindo as volumosas lentes de vidro curvas atuais por uma superfície simples e plana.

O grande desafio que permanecia por ser vencido era fazer com que essas metalentes conseguissem lidar bem com um amplo espectro de luz.

Focalizar todo o espectro visível e a luz branca - a combinação de todas as cores do espectro - é difícil porque cada comprimento de onda se move através dos materiais em velocidades diferentes. Os comprimentos de onda vermelhos, por exemplo, movem-se através do vidro mais rapidamente que o azul, de forma que as duas cores não alcançam o ponto focal ao mesmo tempo, resultando em focos diferentes. Isso cria distorções de imagem conhecidas como aberrações cromáticas.

Agora, Wei Ting Chen e seus colegas da Universidade de Harvard, nos EUA, desenvolveram a primeira lente plana capaz de focar todo o espectro visível da luz - incluindo a luz branca - no mesmo local e em alta resolução.

Mesmo nas lentes de vidro convencionais, isso só é obtido através do empilhamento de múltiplas lentes, o que explica o enorme tamanho das lentes de câmeras, microscópios e telescópios.

Metalente

A nova metalente de amplo espectro usa matrizes de nanoestruturas de dióxido de titânio para focar igualmente os comprimentos de onda da luz e eliminar a aberração cromática.

Chen criou unidades de nanofios emparelhados - ele as chama de nanobarbatanas - que controlam simultaneamente a velocidade de diferentes comprimentos de onda da luz. As estruturas emparelhadas controlam o índice de refração da metassuperfície e são ajustadas para induzir diferentes retardos de tempo nos feixes de luz de cada cor, garantindo que todos os comprimentos de onda atinjam o ponto focal ao mesmo tempo.

"Combinando duas nanobarbatanas em um elemento, podemos ajustar a velocidade da luz no material nanoestruturado, para garantir que todos os comprimentos de onda no visível sejam focalizados no mesmo ponto, usando uma única metalente. Isso reduz dramaticamente a espessura e a complexidade do projeto em comparação com lentes acromáticas padrão feitas de compósitos," disse o professor Federico Capasso, coordenador da equipe.

O próximo passo será ampliar a lente, atingindo a dimensão de pelo menos 1 cm de diâmetro, o que já será suficiente para abrir toda uma série de possibilidades de aplicação, como na realidade virtual e na realidade aumentada.

Bibliografia:

A broadband achromatic metalens for focusing and imaging in the visible
Wei Ting Chen, Alexander Y. Zhu, Vyshakh Sanjeev, Mohammadreza Khorasaninejad, Zhujun Shi, Eric Lee, Federico Capasso
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/s41565-017-0034-6