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

Publicado em 25 agosto 2020

A peça poderá ser empregada como lente fotográfica em smartphones ou utilizada 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 reportagem 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 .