Científicos del Instituto de Electrónica Cuántica de Zúrich (Suiza) han creado una diminuta lente que convierte la luz infrarroja en luz visible.
La lente reduce casi a la mitad la longitud de onda de la luz infrarroja entrante, concentrándola en un punto. Un equipo de científicos dirigido por el profesor Rachel Grange y estudiantes de doctorado Ulle-Linda. Thalts ha creado un metamaterial plano con una superficie cubierta de nanoestructuras. Estas nanoestructuras se denominan metalinas — láminas ultrafinas que pueden cambiar la longitud de onda de la luz.
En su investigación, los científicos aprovecharon una propiedad denominada generación del segundo armónico óptico, durante la cual fotones con la misma frecuencia, al interactuar con un material no lineal, se combinan para formar nuevos fotones con el doble de energía y, por tanto, con el doble de frecuencia y una longitud de onda la mitad de la original. Para ello se utilizó niobato de litio, que presenta efectos ópticos no lineales. Sin embargo, su producción a nanoescala era extremadamente difícil.
Dado que el niobato de litio es química y físicamente muy estable, los científicos decidieron obtener sus correspondientes estructuras a nanoescala mediante sto versión impresa utilizando una solución sol-gel. En forma líquida, el material puede moldearse en nanoestructuras mediante litografía de nanoimpresión blanda. Tras el moldeo y la cocción a 600 °C, el niobato de litio cristaliza en el tipo de material óptico sin fibra utilizado en los dispositivos de telecomunicaciones.
«La solución que contiene los precursores de los cristales de niobato de litio puede estamparse cuando aún está en estado líquido. Funciona de forma similar a la imprenta de Gutenberg», — explica Ulle-Linda Thalts.
Sobre esta base, una placa metálica con un espesor de menos de una micra, que enfoca la luz infrarroja entrante para convertirla en luz violeta visible. La lente se probó utilizando un láser infrarrojo cercano a 800 nanómetros, la salida es un punto focal denso a 400 nanómetros — una conversión directa visible a simple vista.
La lente aumentó más de 30 veces la intensidad de la luz de salida en el punto de enfoque, en una amplia gama de longitudes de onda. Los investigadores subrayan que los dispositivos que utilizan lentes similares puede utilizarse en documentos y billetes para crear una estructura invisible a la luz normal, pero con firmas ópticas inconfundibles cuando se ilumina con láser.
Las cámaras diminutas que convierten la luz infrarroja en luz visible tienen amplias perspectivas de uso en vehículos autónomos, diagnósticos médicos y fabricación de semiconductores, reducir el coste y la complejidad de la litografía UV profunda. La tecnología permite a los científicos mejorar las herramientas ópticas cuánticas avanzadas. En concreto, se trata de generar fotones entrelazados mediante un proceso denominado reducción paramétrica espontánea de la frecuencia y mejora la comunicación y la informática cuánticas.
El equipo también estudia cómo aumentar el tamaño de los nanocristales y reducir su porosidad, lo que mejoraría sus características no lineales. En el futuro podrían mejorarse las resonancias o las geometrías de las nanoestructuras para aumentar su eficacia.
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Los resultados del estudio se publicaron en la revista Advanced Materials
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