Llegan nuevas lentes planas que resuelven limitaciones de los sistemas ópticos actuales

Se trata de un enorme salto respecto a un prototipo mostrado en 2012. Las nuevas lentes son ultra-delgadas y completamente planas, fabricadas con sustrato de vidrio y unas diminutas antenas de silicio que concentran la luz. La luz que atraviesa esta lente se curva instantáneamente en lugar de hacerlo de forma gradual como ocurre con las lentes tradicionales. Dicha curvatura se puede diseñar mediante un algoritmo y ajustarse para realizar casi cualquier propósito.

"Esto significa que los efectos más complicados como la corrección del color, que en un sistema óptico convencional requiere que la luz atraviese diversas lentes gruesas una tras otra, se puede lograr en un dispositivo extremadamente delgado y miniaturizado", afirma el director de la investigación Federico Capasso.

Bernard Kress, el mayor experto en óptica del departamento Google X, valora muy positivamente este avance:

"Google [X], y especialmente el grupo Google Glass, depende por completo en las tecnologías ópticas de última generación para desarrollar productos que ofrezcan una mayor funcionalidad, se puedan fabricar en masa fácilmente, ocupen poco espacio y sean ligeros, sin que por ello se ponga en peligro su eficiencia. El año pasado, propusimos al grupo del Profesor Capasso la consecución de un objetivo que era inalcanzable mediante las lentes planas. Aunque hay diversas formas de diseñar lentes acromáticas, hasta ahora no existía una solución para implementar un elemento óptico plano y sin dispersión que a la vez ofrezca una eficiencia uniforme y el mismo ángulo de difracción para tres longitudes de onda diferentes. Nos alegramos enormemente de que el Profesor Capasso aceptara nuestro desafío, y también nos ha sorprendido comprobar que han sido capaces de resolver el problema en tan solo un año".

Las nuevas lentes, bautizadas como "metasuperficie acromática", mejoran de forma dramática el prototipo mostrado por el grupo de investigación de Capasso en 2012. Aquel prototipo, el primero en su categoría, corregía algunas de las aberraciones de las lentes convencionales, pero sufría de la limitación de enfocar la luz de una única longitud de onda, y su eficiencia era baja. El nuevo modelo utiliza un material dieléctrico en lugar de metálico para las nanoantenas, un cambio que mejora enormemente la eficiencia y, combinado con una nueva aproximación al diseño, permite su funcionamiento con una amplia gama de longitudes de onda. Y lo que es más importante, el nuevo diseño permite la creación de dos dispositivos ópticos planos diferentes. El primero, en lugar de enviar distintos colores en distintas direcciones como una rejilla convencional, desvía tres longitudes de onda en exactamente el mismo ángulo. En el segundo, las tres longitudes convergen en un mismo punto. Por tanto, una lente plana puede crear una imagen de color enfocando los colores primarios, rojo, verde y azul. Las simulaciones por ordenador sugieren que, mediante una arquitectura similar, se podrían crear unas lentes capaces de colimar muchas longitudes de onda diferentes, y no solo tres.

"Esto es un gigantesco paso adelante a la hora de fabricar una tecnología óptica plana en un tamaño muy reducido que supere las limitaciones de las lentes planas estándar, conocidas como difractivas", afirma Capasso. "También abre nuevas puertas a nuevas funcionalidades debido a la cantidad de espacio que se gana gracias a las metasuperficies".

La verdad es que se nos hace la boca agua al pensar en las posibilidades. Sin ser expertos en óptica, quién sabe si esto permitiría la utilización de una pantalla curva en un HMD que abarque por completo nuestro ángulo de visión y dejemos atrás la barrera de los apenas 100º de FOV que se pueden conseguir con las limitaciones de las lentes actuales. Sin duda, este descubrimiento tiene potencial para ser una verdadera revolución, y esperamos que otros desarrolladores de HMDs realicen alguna valoración del mismo lo antes posible. Por ahora, parece que en Google Glass están encantados.