Lente de Luneburg torna-se realidade

Com informações da PhysicsWorld - 27/01/2011

Uma lente de Luneburg ideal (o disco azul) focaliza todos os raios de luz (vermelho) em um ponto na sua borda.
[Imagem: Di Falco et al.]

Lente sem aberração

Físicos do Reino Unido criaram uma lente de Luneburg - uma lente capaz de focalizar a luz em todas as direções - no interior de uma pastilha de silício.

A maioria das lentes tem aberrações, o que significa que sua capacidade de focalizar a luz se deteriora quando a luz incidente está fora do eixo.

Mas na lente de Luneburg, proposta teoricamente há mais de 60 anos, a focalização funciona sempre da mesma forma, com a mesma qualidade, não importando de onde a luz esteja vindo.

O componente deverá ter aplicações em optoeletrônica, na chamada óptica de Fourier, usada pela indústria de telecomunicações para a redução de ruídos nas transmissões e para a compressão de dados.

Lente de Luneburg

Mas criar uma lente de Luneburg se mostrou algo complicado.

Essas lentes exigem que o índice de refração - a propriedade que determina como a luz é dobrada por uma lente - varie ao longo do dispositivo, com um máximo de √2 (aproximadamente 1,4) maior do que o mínimo.

Com a tecnologia atual é impossível dopar um material com impurezas para atingir esse nível de contraste do índice de refração.

Outros cientistas tentaram fazer "versões aproximadas" da lente de Luneburg no passado, mas nunca foram totalmente bem-sucedidos - veja Luz faz curva em U.

Agora, Ulf Leonhardt e seus colegas da Universidade de St Andrews criaram uma lente Luneburg para a luz infravermelha usando um guia de ondas de silício.

"Acreditava-se ser impossível construir uma lente de Luneburg no espectro visível ou próximo dele, a um custo razoável," comentou Juan Miñano, da Universidade Politécnica de Madrid, que não estava envolvido com a pesquisa. "Felizmente, Leonhardt não foi detido por qualquer ideia bem-aceita e nos brindou com esta conquista."

Resolução

O dispositivo criado por Leonhardt e seus colegas é um pedaço de silício microscópico, com a forma de uma lente de contato, servindo de recheio para duas camadas grossas de polímero e sílica, tudo posto sobre um substrato.

Quando os pesquisadores disparam um feixe de luz com um comprimento de onda de 1.575 nanômetros rumo ao dispositivo, a luz cobre a interface entre o polímero e a sílica, até atingir a lente, onde fica fortemente confinada.

Na verdade, a geometria da lente guia de ondas cria um perfil de índice de refração efetivo que varia de 1,4 a 2,8, focando o feixe em um ponto com 3.770 nanômetros de diâmetro.

Para uma lente de Luneburg ideal, este ponto focal deveria ter a metade do comprimento de onda, ou cerca de 800 nanômetros - quase cinco vezes menor do que os cientistas obtiveram.

Leonhardt afirma que a discrepância se deve a limitações da óptica, e que um feixe de luz que abrangesse toda a lente, e não apenas uma parte dela, produziria uma resolução melhor.

A lente de Luneburg plasmônica mede 13 micrômetros, é feita de PMMA sobre um filme de ouro.
[Imagem: Zentgraf et al.]

Lente de Luneburg plasmônica

Igor Smolyaninov, pesquisador da Universidade de Maryland, nos EUA, que também trabalha com novos tipos de lentes, acha que a lente de Luneburg baseada em um guia de ondas é "um resultado importante".

Smolyaninov já aprisionou um arco-íris dentro de uma armadilha de espelhos e ajudou a criar a primeira camuflagem que torna um objeto realmente invisível.

Mas ele observa que "muito trabalho será necessário" antes de se conseguir obter uma imagem perfeita.

De fato, logo depois que o grupo de Leonhardt postou o rascunho de seu arquivo no servidor arXiv, um outro grupo encontrou uma rota para uma lente de Luneburg.

Em um artigo a ser publicado na revista Nature Nanotechnology, a equipe de Xiang Zhang, da Universidade da Califórnia em Berkeley, apresentou uma lente de Luneburg capaz de focalizar plásmons de superfície - ondas de elétrons que surfam na superfície de metais.

"O que os trabalhos recentes desses dois grupos mostram é que, usando as receitas de óptica de transformação, o projeto de dispositivos para fazer óptica de Fourier é muito mais fácil e mais inteligente," comentou Francisco Garcia Vidal, um pesquisador de óptica da Universidade Autônoma de Madrid. "É um passo importante em um assunto de longo prazo."

Histórico de realizações

Veja outros feitos importantes da equipe do professor Ulf Leonhardt:

• Metamateriais vão testar mudanças na estrutura do espaço-tempo
• Lente perfeita, idealizada em 1850, pode ser fabricada, diz físico
• Microscópio óptico dobra de resolução, com imagens coloridas em 3D
• Levitação quântica é possível em nanoescala

Veja outros feitos importantes da equipe do professor Xiang Zhang:

• Laser plasmônico funciona a temperatura ambiente
• Luz faz curva em U
• Nanolaser de estado sólido abre caminho para chips ópticos
• Metamateriais prometem benefícios mais práticos do que invisibilidade
• Metamaterial ultrassônico poderá revolucionar imagens de ultrassom

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