Freeform, una nueva manera de fabricar lentes

nvestigadores del Instituto de Óptica en la Universidad de Rochester desarrollaron una tecnología para crear anteojos compactos y fáciles de usar, que ofrecen imágenes de alta calidad con una apariencia estéticamente atractiva, o sea, todo lo que los usuarios buscan.

En un artículo de Science Advances, se describe la impresión de la óptica de forma libre (Freeform) con un elemento óptico nanofotónico llamado “metasuperficie”.

La óptica de forma libre es una tecnología emergente que utiliza lentes y espejos con superficies que carecen de un eje de simetría dentro o fuera del diámetro de la óptica para crear dispositivos ópticos más livianos, más compactos y más efectivos. La metasuperficie es algo similar a un bosque de diminutas estructuras plateadas a nanoescala en una fina película metálica que se adapta a la forma libre de la óptica, generando un nuevo componente óptico que los investigadores denominan metaforma.

La metaforma es capaz de desafiar las leyes convencionales de la reflexión, reuniendo los rayos de luz visible que ingresan a un ocular de realidad aumentada o realidad virtual (AR/VR) desde todas las direcciones y redirigiéndolos directamente al ojo humano.

Nick Vamivakas, profesor de óptica cuántica y física cuántica, comparó las estructuras a nanoescala con antenas de radio a pequeña escala. “Cuando hacemos actuar el dispositivo y lo iluminamos con la longitud de onda correcta, todas estas antenas comienzan a oscilar, irradiando una nueva luz que entrega la imagen que queremos”.

Jannick Rolland, profesora en el centro de ingenie-ría óptica Brian J. Thompson y directora del Centro de óptica Freeform, agrega: “Las metasuperficies también se denominan ‘óptica plana’, por lo que escribir metasuperficies en la óptica Freeform está creando un tipo completamente nuevo de componente óptico. Este tipo de componente óptico se puede aplicar a cualquier espejo o lente, por lo que ya estamos encontrando aplicaciones en otro tipo de componentes, como sensores y cámaras móviles”.

El objetivo es dirigir la luz visible que ingresa a las gafas AR/VR hacia el ojo. El nuevo dispositivo utiliza un combinador óptico de espacio libre para ayudar a hacer eso. Sin embargo, cuando el combinador forma parte de una óptica Freeform que se curva alrededor de la cabeza para ajustarse al formato de una gafas, no toda la luz se dirige al ojo. La óptica Freeform por sí sola no puede resolver este desafío específico. Es por eso que los investigadores tuvieron que aprovechar una metasuperficie para construir un nuevo componente óptico.

“Integrar estas dos tecnologías, Freeform y metasuperficies, comprender cómo ambas interactúan con la luz y aprovechar eso para obtener una buena imagen fue un gran desafío”, declaró el autor principal Daniel Nikolov, ingeniero óptico del equipo de J. Rolland.

Otro obstáculo fue el puente “de macroescala a nanoescala”, agregó Rolland. El dispositivo de enfoque real mide aproximadamente 2,5 milímetros de ancho. Pero incluso eso es 10,000 veces más grande que la más pequeña de las nanoestructuras impresas en la óptica Freeform.

“Desde el punto de vista del diseño, eso significaba cambiar la forma del lente Freeform y distribuir las nanoestructuras de manera que las dos funcionen en sinergia, por lo que se obtiene un dispositivo óptico con un buen rendimiento óptico”, dijo Nikolov. https://phys.org/news/2021-05-arvr-glasses.html

Una metaforma es un nuevo componente óptico que los investigadores de Rochester dicen que pueden combinar con la óptica Freeform para crear la próxima generación de anteojos y dispositivos AR/VR. Crédito: Ilustración de la Universidad de Rochester / Michael Osadciw.