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  • 09/02/2017 - Metalenti: prodotta la prima lente a larga banda cromatica

    Metalenti: prodotta la prima lente a larga banda cromatica

    Metalenti: prodotta la prima lente a larga banda cromatica

    Qualche mese fa avevamo annunciato quella che era stata salutata come la più importante innovazione nell‘ambito dell’ottica applicata e della fotonica. Ci stimo riferendo alle metalenti, speciali lenti piatte in grado di focalizzare la radiazione visibile ricorrendo a uno strato di nano-pilastri in biossido di titanio, capaci di piegarsi e mettere a fuoco la luce che le attraversi. Le metalenti, messe a punto da un gruppo di ricercatori dell’Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), si sono guadagnate varie citazioni come tra le migliori scoperte e invenzioni presentate nel corso del 2016 a parere d’importanti riviste scientifiche e tecnologiche. Ma quei prototipi presentavano una forte limitazione: erano in grado di focale soltanto una determinata lunghezza d’onda, vale a dire erano lenti monocromatiche, oltre che essere di modeste dimensioni. Già nella notizia di giugno, avevamo anticipato che la ricerca era in corso, stava producendo risultati entusiasmanti e presto ci sarebbero stati importanti sviluppi. Infatti, proprio in tale specifico settore, è stato divulgato un ulteriore sviluppo con cui si rafforza la promessa di rivoluzionare l’ottica applicata nel corso dei prossimi anni.

     

    Lo stesso team ha annunciato di aver sviluppato la prima metalente che supera il limite della monocromaticità e quindi in grado di focalizzare simultaneamente un’estesa banda di lunghezze d’onda dal blu al verde. Questo importante passo avanti, apre la strada alle prime applicazioni pratiche nell’ambito dell’imaging, della spettroscopia e del rilevamento.

    Nella ricerca, pubblicata in Nano Lettershttp://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b05137  ], si spiega che una delle principali sfide per lo sviluppo delle lenti piatte a largo spettro, è stata la correzione della dispersione cromatica al pari delle lenti ordinarie in vetro, fenomeno che porta le lunghezze d’onda a essere focalizzate a distanze differenti.

    'Gli obiettivi tradizionali richiedono più lenti curve per correggere le aberrazioni cromatiche, aggiungendo peso, spessore e complessità', dicono Federico Capasso e Robert L. Wallace, 'Le nostre nuove metalenti piatte sono dotate di un sistema di correzione cromatica interno per cui è sufficiente una sola lente.'

    Proprio la correzione della dispersione è uno dei maggiori scopi da perseguire per procedere nella realizzazione di lenti che abbiano applicazioni commerciali in sistemi ottici, perciò ogni nuovo passo avanti allarga il campo di applicazione di tali dispositivi, anche in ambiti completamente nuovi e inesplorati con l’ottica tradizionale basata sulle lenti in vetro. Reza Khorasaninejad, ricercatore associato nel gruppo di Capasso e primo firmatario del paper, dichiara: 'Sfruttando i caratteri cromatici (delle metalenti), possiamo avere ancora più controllo sulla luce'. Nello studio pubblicato dimostriamo che con le lenti piatte acromatiche e possibile inventare un nuovo tipo di lente con dispersione cromatica inversa. Abbiamo quindi dimostrato che si può chiudere con i vincoli delle ottiche tradizionali, offrendo nuove opportunità solo limitate dalla fantasia del progettista ottico'.

    Ma come si è conseguito questo nuovo traguardo?

    Per progettare una lente acromatica, il team ha ottimizzato la forma, la larghezza, la distanza e l'altezza delle nano-pillars, cioè i pilastrini in biossido di titanio alla base delle metalenti, disponendoli in specifici pattern sulla lastra sottilissima di silicio. Questa particolare disposizione nella struttura permette alla metalente di focalizzare sullo stesso piano focale le lunghezze d'onda da 490 a 550 nm, ovvero dal blu al verde, senza alcuna dispersione cromatica.

    'Questo metodo permette di progettare vari componenti ultrasottili dotati delle prestazioni desiderate', commenta Zhujun Shi, PhD student presso il Capasso Lab e co-autore dello studio pubblicato. Questa piattaforma è basata sul singolo passaggio di stampa ed è predisposta per la produzione in massa mediante la tecnica di nano-imprinting. Nel frattempo l’Harvard’s Office of Technology Development ha depositato domanda di brevetto per un certo numero di lenti piane lavorando a stretto contato con il gruppo di Capasso per promuovere la produzione e commercializzazione di questa tecnologia attraverso una startup, quindi tutto fa presagire che a breve vedremo le prime applicazioni pratiche della nuova tecnologia che, ribadiamo, ha anche il vantaggio del basso costo assoluto di produzione.

     

     

    Crediti immagine: cortesia Capasso Lab/Havard SEAS

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