Investigadores construyen un telescopio con una lente plana

La imagen de la Luna en la pancarta puede no parecer tan espectacular, pero es absolutamente sorprendente desde una perspectiva técnica. Lo que lo hace tan único es que fue tomado a través de un telescopio usando una lente completamente plana. Este tipo de lente, llamado metalens, ha existido por un tiempo, pero un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania (PSU, por sus siglas en inglés) creó recientemente la más grande hasta la fecha. Con ocho centímetros de diámetro, era lo suficientemente grande como para usarlo en un telescopio real, y producir la imagen de arriba de la Luna, sin embargo, podría ser borrosa.

Los metalenses se han producido antes, pero normalmente solo en una escala milimétrica. Utilizan nanoestructuras grabadas en la superficie de la lente misma, forzando la luz que pasa a través de ellas hacia un punto focal central, como lo hace la superficie curva de una lente típica utilizada en óptica. Parte de la razón por la que otros metalenses han tenido una escala relativamente pequeña hasta ahora es la dificultad de crear esas nanoestructuras en una estructura de lente más grande.

Para ello, el equipo de PSU recurrió a un proceso de fabricación alternativo: la fotolitografía ultravioleta profunda (DUV), un proceso que se suele utilizar para crear chips informáticos de alta velocidad. En comparación con el proceso típico de creación de metalens de la litografía por haz de electrones, DUV tiene varias ventajas.

Primero, es repetible a alta velocidad. El equipo, dirigido por el Dr. Xingjie Ni, hizo lo que hacen todos los buenos solucionadores de problemas. Tomaron un gran problema, en este caso, cómo cubrir la superficie de un círculo de 4 cm con antenas nanoestructuradas, y lo dividieron en partes manejables. Esos trozos resultaron ser regiones de la placa de 22 mm x 22 mm, y luego modelaron las estructuras de antena necesarias en la lente utilizando un sistema DUV en Cornell.

Una segunda ventaja es que DUV es capaz de producir pequeños detalles de manera consistente. Esto es especialmente cierto cuando se usa para crear transistores en un chip de computadora, pero en este caso, las antenas nanoestructuradas podrían producirse con el mismo nivel de precisión.

Eso no quiere decir que todo el proceso de investigación fuera tan simple como ejecutar un nuevo sistema para crear una versión más grande de una tecnología conocida. Los investigadores tuvieron que reducir significativamente el tamaño del archivo utilizado para dirigir la máquina DUV sobre cómo operar. Lo hicieron utilizando aproximaciones de datos y otras técnicas de compresión de archivos.

Incluso con todo ese esfuerzo, quedan desafíos, el más notable es la aberración cromática. La aberración cromática ocurre cuando las antenas nanoestructuradas doblan diferentes colores de luz de manera diferente. Esto crea diferentes puntos focales para diferentes colores de luz, lo que hace que se desenfoquen si se recopilan en la misma imagen. Pero el Dr. Ni y sus estudiantes de posgrado están trabajando arduamente en el diseño de un sistema nuevo y mejorado que podría eliminar el problema de la aberración cromática y otros problemas ópticos causados ​​por la superficie plana.

Sin embargo, la astronomía no es la única aplicación práctica para estos metalenses más grandes. A pesar de su ubicuidad, las lentes de la cámara de un teléfono celular siguen siendo curvas, lo que ocupa un espacio valioso en su diseño. Por lo general, puede ver una protuberancia cerca de la lente de la cámara en los modelos de teléfonos celulares más delgados. Con un verdadero metalens que funcione según lo previsto, esos problemas podrían eliminarse, lo que llevaría a una amplia base de instalación si los fabricantes de teléfonos celulares se interesan. Tanto los astrónomos aficionados como los profesionales probablemente también obtendrían mejores imágenes de la Luna gracias al trato.

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Imagen principal:
Imagen de la luna capturada con un telescopio utilizando los nuevos metales más grandes.
Crédito – Xingjie Ni