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Consiguen hacer funcionar una metalente plana para una gama de frecuencias.

El uso de las lentes ópticas se remonta siglos atrás, fue a principios del XVII cuando se pantentaron los primeros telescopios y Galileo usó fabricado por el mismo para observar el cielo. Más tarde, Newton desarrolló el telescopio reflector que usaba un espejo en lugar de una lente.

Newton creía, por buenas razones, que el uso de lentes en telescopios no tenía mucho futuro. Fue él precisamente el que estudió la dispersión de la luz blanca en sus colores constituyentes. Bastaba que un haz de luz atravesara un prisma para que los distintos colores se separaran. Una lente también presenta un perfil similar a un prima, con una parte más gruesa y otra más fina. Por esta razón todas las lentes tienen algún tipo de aberración cromática y Newton asumió que esto no tenía solución.

Pero desde entonces los ópticos han conseguido apilar lentes de distinto tipo y composición en grupos para corregir la aberración cromática y de otros tipos. Esto exige usar vidrios de distinta densidad que hay que tallar y pulir cuidadosamente y con mucha precisión. Por esta y otras razones los objetivos fotográficos son tan caros.

Un lente simple funciona porque la luz se retrasa cada vez más conforme se acerca a su centro. Las distintas frecuencias sufren un retraso distinto, por lo que el ángulo de convergencia es también distinto. Esto significa que los diferentes colores no convergen en el mismo punto. Si sólo se usara un color, una frecuencia o una longitud de onda, entonces el diseño de las lentes convencionales sería mucho más sencillo.

En la actualidad se ha popularizado el uso de los teléfonos «inteligentes», que incorporan una cámara con la que se captan fotos y vídeos. Pero estos teléfonos son cada vez más planos y empiezan a parecerse a los azulejos. Colocar la unidad óptica de lentes convencionales para las cámaras de estos teléfonos es cada vez más complicado. Por esta razón se ha planteado el uso de metalentes planas. Pero una lente plana de este tipo tendría multitud de aplicaciones, como objetivos poco voluminosos o gafas finas y ultraligeras. Pero también se usarían en muchos otros campos, como la imagen médica.

Una metalente es un dispositivo de un grosor menor al de una hoja de papel compuesto de meta-átomos o «píxeles», pequeñas estructuras con una tamaño del orden de una fracción de la longitud de onda que, trabajando juntos, modifican la propagación de los fotones de luz. El efecto es similar al de los colores estructurales de las alas de algunas mariposas.

Pero las primeras metalentes que se consiguieron sólo funcionaban bien para un color determinado. Ahora, ingenieros de la Universidad de Columbia dirigidos por Nanfang Yu han logrado fabricar una metalente que logra enfocar varios colores y para todo tipo de polarización sin necesidad de elementos adicionales.

La metalente tiene sólo una micra de grosor, pero consigue una correcta distribución de retrasos para los distintos rayos de luz. Para ello consta de meta-átomos con formas complejas. Consigue enfocar las frecuencias de entre 1,2 a 1,7 micras de longitud de onda, que es está en la gama infrarroja del espectro electromagnético.

Para poder fabricar esta metalente el equipo de Yu usó la misma técnica de fabricación que se emplea en la fabricación de los chips de silicio de la microelectrónica moderna. Pero, a diferencias de un microprocesador, que necesita de hasta cien capas superpuestas, esta metalente emplea solo una capa. Los autores sostienen que varias metalentes apiladas podrían cubrir un amplio espectro de longitudes de onda.

El proceso en paralelo de fabricación industrial de este tipo de lentes puede ser masivo, por lo que se podrían producir grandes cantidades a un precio pequeño.

De momento, este tipo de lente no es óptima porque sólo concentra una fracción de la luz incidente, el resto es reflejado o transmitido en direcciones no deseadas. Ahora estos investigadores están trabajando en mejorar la calidad y eficacia de esta metalente. Se muestran optimista al respecto, porque sostienen que ya han solucionado lo más difícil.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Foto de cabecera: Sajan Shrestha, Adam Overvig, Nanfang Yu/Columbia Engineering.