Un nuevo tipo de metalenos podría reemplazar las lentes refractivas convencionales

• Los investigadores han creado metalentes de próxima generación fabricadas con nanopartículas metálicas y un polímero.
• Tiene el potencial de reemplazar las lentes refractivas convencionales para realizar dispositivos optoelectrónicos y sistemas de imágenes portátiles.

Se utilizan pequeños elementos ópticos en una variedad de instrumentos de imagen, que van desde cámaras de gran angular hasta endoscopios multifuncionales. Las metalentes son una de las plataformas emergentes para elementos ópticos tan compactos.

Sin embargo, las metalentes están limitadas por sus propiedades y su compleja y costosa fabricación. No pueden obtener imágenes fácilmente de objetos tridimensionales o ajustar sus puntos focales sin movimiento físico.

Dado que los bloques de construcción de las metalentes están hechos de materiales duros, no pueden cambiar de forma una vez fabricados. En cualquier sistema de materiales, es muy difícil configurar características de tamaño nanoescala bajo demanda para lograr un enfoque ajustable en metalentes.

Y es por eso que los investigadores de la Northwestern University han creado metalentes de próxima generación hechas de nanopartículas metálicas y un polímero que tiene el potencial de reemplazar las lentes refractivas convencionales para realizar dispositivos optoelectrónicos y sistemas de imágenes portátiles.

¿De qué están hechos los metalentes?

La plataforma de imágenes versátil desarrollada en este estudio se basa en metalentes completamente reconfigurables hechas de nanopartículas de plata. Puede progresar desde una única lente de enfoque a una lente multifocal durante cada sesión de imágenes, formando dos o más imágenes en una ubicación 3D programable determinada.

Referencia:ACS Nano | doi:10.1021 / acsnano.9b00651 | Universidad de Northwestern

Para hacer estas lentes, los investigadores utilizaron una serie de nanopartículas de plata cilíndricas y una hoja de polímero dispuesta en bloques en la parte superior de la matriz de metal. Se puede controlar fácilmente la disposición de estos bloques, haciendo que la matriz de nanopartículas dirija la luz a cualquier punto focal objetivo sin alterar la estructura de la nanopartícula.

Las resonancias de celosía permitieron metalentes reconfigurables para imágenes | Cortesía de investigadores

La figura anterior muestra la arquitectura de metalentes basada en dos tipos de elementos de fase modelados en una red cuadrada:nanopartículas de plata expuestas al aire y nanopartículas idénticas cubiertas por un delgado bloque dieléctrico.

Los investigadores utilizaron un algoritmo de evolución de celosía para desarrollar metalentes de resonancia de celosía de superficie para focos específicos ajustando la disposición de los dos bloques de construcción a través de datos de campo eléctrico medidos por simulaciones de dominio de tiempo de diferencia finita. La Figura b muestra que las metalentes se pueden reorganizar mediante el estampado a nanoescala asistido por solvente (SANE).

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Esta técnica flexible permite a los fabricantes producir numerosas estructuras de lentes en un solo paso de borrado y escritura, sin degradar sus características después de varios ciclos de borrado y escritura. También puede reestructurar el polímero formado previamente en otro patrón objetivo a través de máscaras de elastómero suave.