Una nueva lente ajustable que es capaz de dar forma a la luz
Investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas de Castelldefels han desarrollado una lente ajustable dinámicamente capaz de lograr casi cualquier función óptica compleja. Según los autores, la tecnología, denominada Smartlens, podrá aplicarse tanto en sistemas tecnológicos de alta gama como en dispositivos simples de imagen destinados al consumidor final, como las cámaras de los móviles.
lustración esquemática del Smartlens. / Marc Montagut / ICFO
Las cámaras de los dispositivos móviles se han convertido en una de las prestaciones más importantes para los consumidores. La integración de una lente con zoom dinámico-ajustable en un teléfono celular de 3 mm de grosor, en un microscopio miniaturizado o en el extremo remoto de un endoscopio médico, requiere lentes complejas que puedan manejar todo el espectro óptico y que puedan ser manipuladas eléctricamente en milisegundos.
En milisegundos, una simple placa de polímero puede convertirse en una lente y luego revertirse de manera muy rápida
Hasta el momento. una clase de materiales blandos conocidos como moduladores de luz espacial de cristal líquido han sido la herramienta óptima para dar forma a la luz de alta resolución, pero su implementación ha demostrado tener ciertos límites en términos de rendimiento, volumen y coste.
Ahora, en un estudio publicado recientemente en Nature Photonics, un equipo del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) ha demostrado una técnica ajustable para manipular la luz sin ningún movimiento mecánico.
Este enfoque, denominado Smartlens, se basa en pasar una corriente a través de una resistencia optimizada a escala micrométrica, donde el calentamiento generado cambia localmente las propiedades ópticas de la placa del polímero transparente que sostiene la resistencia
De la misma manera que un espejismo desvía la luz que pasa a través del aire caliente para crear ilusiones ópticas de lagos distantes, esta región micrométrica caliente puede desviar la luz. En milisegundos, una simple placa de polímero puede convertirse en una lente y luego revertirse de manera muy rápida: las ‘smartlenses’ pequeñas, de escala micrométrica, se calientan y enfrían rápidamente y, además, presentan un mínimo de consumo energético.
Estas lentes pueden incluso fabricarse en matrices, permitiendo a los autores demostrar como varios objetos ubicados a diferentes distancias pueden ser enfocados dentro de la misma imagen activando las lentes ubicadas frente a cada uno de ellos, incluso si la escena es en colores.
Algoritmos inspirados en las leyes de la selección natural
Mediante técnicas de modelización de la difusión del calor y la propagación de la luz y utilizando algoritmos inspirados en las leyes de la selección natural, los autores han podido demostrar que pueden perfeccionar las lentes simples: una resistencia diseñada de manera óptima puede dar forma a la luz con un nivel de control muy alto y así lograr obtener una gran variedad de funciones ópticas.
Los resultados abren una nueva vertiente para el desarrollo de dispositivos dinámicos fáciles de sintonizar y de bajo coste
Por ejemplo, si la resistencia correcta se introduce en un polímero, esta podría activarse o desactivarse a voluntad para generar una "forma libre" dada del polímero y así corregir defectos específicos en nuestra vista, o posibles aberraciones que pueda tener un instrumento óptico.
Tal y como señala el profesor Romain Quidant, “la tecnología Smartlens es rentable y escalable, y se ha demostrado que tiene el potencial de aplicarse a sistemas tecnológicos de alta gama así como a dispositivos simples de imagen destinados al consumidor final". Los resultados de este estudio abren una nueva vertiente para el desarrollo de dispositivos dinámicos fáciles de sintonizar y de bajo coste que podrían tener un alto impacto en los sistemas ópticos existentes”.
Referencia bibliográfica:
Pascal Berto, Laurent Philippet, Johann Osmond, Chang François Liu, Adeel Afridi, Marc Montagut Marques, Bernat Molero Agudo,,Gilles Tessier, Romain Quidant. “Tunable and free-form planar optics”. Nature Photonics (22, jul, 2019)
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