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Lente plana focaliza luz visível para enxergar além da luz

Lente plana focaliza luz visível para enxergar além da luz
A metalente focaliza a luz - nesta ilustração vindo de baixo e se propagando para cima - em pontos (amarelos) menores do que o comprimento de onda da luz original. [Imagem: Peter Allen/Universidade de Harvard]

Lente de metamaterial

As lentes planas já estavam prontas para revolucionar a fotografia, eliminando a grossura típica das câmeras e telescópios, com suas sequências de lentes tradicionais empilhadas, grossas e pesadas.

As possibilidades agora são ainda maiores, com a construção da primeira lente plana baseada em metamateriais capaz de funcionar com alta eficiência dentro do espectro de luz visível - cobrindo toda a gama de cores do vermelho ao azul. A inovação mereceu a capa da revista Science desta semana.

A metalente - uma lente de metamateriais - permite visualizar diretamente estruturas em nanoescala separadas por distâncias menores do que o comprimento de onda da luz.

Em outras palavras, ela permite ver coisas que não poderiam ser iluminadas pela luz visível porque as ondas da luz são grandes demais - sem a metalente, esses nano-objetos, por assim dizer, "escondem-se" nos picos ou nos vales da onda de luz, que passa por eles sem tocá-los.

Tecnologia revolucionária

Em vez dos vidros e cristais tradicionais, a lente plana é formada por uma matriz de nanoestruturas - uma metassuperfície - que desviam a luz que passa através delas. Cada nanoestrutura é essencialmente um pequeno guia de onda, que desvia a onda de uma forma muito específica, usando os mesmos princípios que levaram à construção dos mantos de invisibilidade.

Lente plana focaliza luz visível para enxergar além da luz
Microfotografia mostrando a estrutura real da metalente. [Imagem: Mohammadreza Khorasaninejad et al. - 10.1126/science.aaf6644]

"Esta tecnologia é potencialmente revolucionária porque trabalha no espectro visível, o que significa que ela tem a capacidade para substituir as lentes em todos os tipos de dispositivos, de microscópios até câmeras, de monitores a telefones celulares," disse o professor Federico Capasso, da Universidade de Harvard, nos EUA, cuja equipe esteve envolvida na construção das lentes para o Google Glass e de metassuperfícies que vêm revolucionando os instrumentos científicos.

"No futuro próximo, as metalentes serão fabricadas em grande escala por uma fração do custo das lentes convencionais, utilizando as fábricas que produzem microprocessadores e chips de memória em massa," acrescentou.

Lente de titânio

Para focalizar a luz vermelha, azul e verde - luz no espectro visível - a equipe precisou encontrar um material que não absorve e nem dispersa a luz. "Precisávamos de um material que confina fortemente a luz com um alto índice de refração. E, para que essa tecnologia fosse escalável, precisávamos de um material já utilizado na indústria," disse Rob Devlin, membro da equipe.

A solução foi encontrada no bem-conhecido dióxido de titânio, um material usado em uma variedade de aplicações, de tintas a protetores solares. O TiO2 foi usado para construir as nanoestruturas que formam o coração da metalente, uma única lente plana com grande abertura, o que significa que ela pode concentrar a luz em um ponto menor do que o comprimento de onda.

Quanto mais se concentra a luz, menor pode ser seu ponto focal, o que aumenta a resolução da imagem.

O protótipo consegue fazer um foco melhor do que qualquer lente comercial estado-da-arte, tipicamente milhares de vezes mais grossas.

Bibliografia:

Metalenses at visible wavelengths: Diffraction-limited focusing and subwavelength resolution imaging
Mohammadreza Khorasaninejad, Wei Ting Chen, Robert C. Devlin, Jaewon Oh, Alexander Y. Zhu, Federico Capasso
Science
Vol.: 352, Issue 6290, pp. 1190-1194
DOI: 10.1126/science.aaf6644




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