Una lente más delgada que una hoja de papel

En un micrómetro de grosor logra enfocar correctamente una amplia gama de colores de cualquier polarización en el mismo punto focal sin la necesidad de elementos adicionales


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Adam Overvig/ Columbia Engineering

La luz de los colores viaja a distintas velocidades en diferentes materiales y estructuras. Es por esto que vemos la luz blanca dividida en sus colores constituyentes después de refractar a través de un prisma, un fenómeno llamado dispersión. Una lente normal no puede enfocar la luz de diferentes colores en un solo punto debido a la dispersión. Esto significa que los colores nunca se enfocan al mismo tiempo, por lo que una imagen formada por una lente simple se borra inevitablemente. Los sistemas de imágenes convencionales resuelven este problema al superponer múltiples lentes, pero esta solución tiene un precio: mayor complejidad y peso.

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Una lente convencional funciona al guiar toda la luz que cae sobre ella a través de diferentes caminos para que toda la onda de luz llegue al punto focal al mismo tiempo. Para ello se agrega una cantidad cada vez mayor de retraso a la luz, mediante material, a medida que va desde el borde hasta el centro de la lente. Por esta razón, una lente convencional es más gruesa en su centro que en su borde.

Un grupo de científicos de la Universidad de Columbia, liderados por Nanfang Yu , han creado la primera lente plana capaz de enfocar correctamente una amplia gama de colores de cualquier polarización en el mismo punto focal sin la necesidad de elementos adicionales. Con solo un micrón de grosor, esta lente plana es más delgada que una hoja de papel y ofrece un rendimiento comparable al de los sistemas de lentes compuestos más avanzados. Los hallazgos han sido publicados en Light: Science & Applications.

Usando su experiencia en metasuperficies ópticas (estructuras bidimensionales cuyas cualidades se deben al diseño y no al material), el equipo de Yu ha construido unas lentes planas hechas de píxeles o "metaátomos". Cada meta-átomo tiene un tamaño muy preciso: apenas una fracción de la longitud de onda de la luz, lo que permite retrasar la luz sin necesidad de usar múltiples capas. Esta tecnología, señalan los expertos podrían reemplazar los sistemas de lentes de gran tamaño, del mismo modo que los televisores de pantalla plana han reemplazado a los de tubo de rayos catódicos.

"La belleza de nuestra lente plana es que al usar metaátomos de formas complejas, no solo proporciona la distribución correcta para un solo color, sino también para un espectro continuo de luz – explica Yu –. Y debido a que son tan delgados, tienen el potencial de reducir drásticamente el tamaño y el peso de cualquier instrumento óptico o dispositivo usado para imágenes, como cámaras, microscopios, telescopios e incluso nuestras gafas. La tecnología se puede aplicar para lentes más delgadas que una hoja de papel, cámaras que no sobresalen del perfil de los teléfonos, parches de detección de imágenes para vehículos y drones autónomos y herramientas miniaturizadas para imágenes médicas”.

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