Pesquisadores desenvolvem lente plana mil vezes mais fina que um fio de cabelo

A peça, que permite obter imagens de alta resolução em amplo campo de visão, poderá ser usada como lente fotográfica em smartphones e em outros dispositivos que dependam de sensores

José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – Uma lente mil vezes mais fina do que um fio de cabelo foi desenvolvida por pesquisadores da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC-USP). A peça poderá ser empregada como lente fotográfica em smartphones ou utilizada em outros dispositivos que dependam de sensores. “No contexto tecnológico atual, suas aplicações são quase ilimitadas”, diz à Agência FAPESP Emiliano Rezende Martins, professor do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da EESC-USP e um dos coordenadores da pesquisa.

A pesquisa foi publicada na revista ACS Photonics, com o título “On Metalenses with Arbitrarily Wide Field of View”. O estudo foi apoiado pela FAPESP por meio de bolsa de estágio de pesquisa no exterior conferida ao doutorando Augusto Martins, autor principal do artigo.

A lente é constituída por uma única camada de silício, de espessura nanométrica, dotada de nanopostes que interagem com a luz. A impressão dessa estrutura é feita por meio de litografia – uma técnica já bem conhecida e utilizada na fabricação de transistores.

Segundo Rezende Martins, as chamadas metalentes surgiram há cerca de 10 anos e possibilitam a máxima resolução fisicamente possível. O problema é que seu ângulo de visão é extremamente fechado, inferior a um grau de circunferência. “Uma maneira de solucionar o problema é compor metalentes, formando estruturas complexas”, informa.

Os autores perceberam que, em uma lente convencional, o campo de visão aumenta quando o índice de refração também aumenta à medida que a lente vai ficando mais plana. O que fizeram, então, foi projetar uma metalente de modo a imitar uma lente totalmente plana, que teria um índice de refração infinito – algo impossível de obter no caso de uma lente convencional.

“Nossa lente tem um campo de visão arbitrário, que idealmente pode chegar a 180 graus sem distorção da imagem. Já testamos sua efetividade para um ângulo de 110 graus. A partir dessa abertura, a energia da luz diminui devido ao efeito de sombra. Mas isso pode ser corrigido por meio de pós-processamento”, afirma Rezende Martins.

A composição compromete a super-resolução das metalentes, porém a resolução obtida é suficiente para todas as aplicações convencionais. Com uma câmera construída por meio de impressão 3D, o doutorando Augusto Martins testou a lente. E obteve imagens de alta resolução em amplo campo de visão. “Por enquanto, só conseguimos fotografar em verde. Mas, nos próximos meses, vamos aprimorar a lente, para que todas as cores sejam viabilizadas”, diz.

O artigo On Metalenses with Arbitrarily Wide Field of View pode ser acessado em https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.0c00479.