Metalenses, superfici piatte che utilizzano nanostrutture per focalizzare la luce, promettono di rivoluzionare l'ottica sostituendo l'ingombrante, lenti curve attualmente utilizzate nei dispositivi ottici con un semplice, superficie piana. Ma, questi metalensi sono rimasti limitati nello spettro di luce che possono mettere a fuoco bene. Ora un team di ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ha sviluppato la prima lente singola in grado di focalizzare l'intero spettro visibile della luce, inclusa la luce bianca, nello stesso punto e ad alta risoluzione. Questo è stato ottenuto solo negli obiettivi convenzionali impilando più obiettivi.

La ricerca è pubblicata su Nanotecnologia della natura .

Mettere a fuoco l'intero spettro visibile e la luce bianca - combinazione di tutti i colori dello spettro - è così impegnativo perché ogni lunghezza d'onda si muove attraverso i materiali a velocità diverse. lunghezze d'onda rosse, Per esempio, si muoverà attraverso il vetro più veloce del blu, quindi i due colori raggiungeranno la stessa posizione in momenti diversi risultando in diversi fuochi. Questo crea distorsioni dell'immagine note come aberrazioni cromatiche.

Fotocamere e strumenti ottici utilizzano più lenti curve di diversi spessori e materiali per correggere queste aberrazioni, quale, Certo, aggiunge alla massa del dispositivo.

"I metalli hanno vantaggi rispetto alle lenti tradizionali, "dice Federico Capasso, il Robert L. Wallace Professor of Applied Physics e Vinton Hayes Senior Research Fellow in Electrical Engineering presso SEAS e autore senior della ricerca. "I metalli sono sottili, facile da fabbricare e conveniente. Questa svolta estende questi vantaggi all'intera gamma di luce visibile. Questo è il prossimo grande passo".

L'Harvard Office of Technology Development (OTD) ha protetto la proprietà intellettuale relativa a questo progetto e sta esplorando opportunità di commercializzazione.

I metalenses sviluppati da Capasso e dal suo team utilizzano array di nanopinne di biossido di titanio per focalizzare equamente le lunghezze d'onda della luce ed eliminare l'aberrazione cromatica. Ricerche precedenti hanno dimostrato che diverse lunghezze d'onda della luce potrebbero essere focalizzate ma a distanze diverse ottimizzando la forma, larghezza, distanza, e l'altezza delle nanopinne. In questo ultimo disegno, i ricercatori hanno creato unità di nanopinne accoppiate che controllano la velocità di diverse lunghezze d'onda della luce contemporaneamente. Le nanoalette accoppiate controllano l'indice di rifrazione sulla metasuperficie e sono sintonizzate per provocare diversi ritardi di tempo per la luce che passa attraverso diverse alette, assicurando che tutte le lunghezze d'onda raggiungano il punto focale contemporaneamente.

"Una delle maggiori sfide nella progettazione di una lente acromatica a banda larga è assicurarsi che le lunghezze d'onda in uscita da tutti i diversi punti dei metalli arrivino al punto focale contemporaneamente, " disse Wei Ting Chen, un borsista post-dottorato presso SEAS e primo autore del documento. "Combinando due nanopinne in un unico elemento, possiamo sintonizzare la velocità della luce nel materiale nanostrutturato, per garantire che tutte le lunghezze d'onda nel visibile siano focalizzate nello stesso punto, utilizzando un singolo metalens. Ciò riduce drasticamente lo spessore e la complessità del design rispetto alle lenti acromatiche standard composite."

"Utilizzando la nostra lente acromatica, siamo in grado di eseguire alta qualità, immagini a luce bianca. Questo ci avvicina di un passo all'obiettivo di incorporarli in dispositivi ottici comuni come fotocamere, " ha detto Alexander Zhu, coautore dello studio.

Prossimo, i ricercatori mirano a ingrandire l'obiettivo, a circa 1 cm di diametro. Questo aprirebbe tutta una serie di nuove possibilità, come le applicazioni in realtà virtuale e aumentata.