¿Te imaginas un día usando un telescopio tan delgado como una hoja de papel, ¿O una cámara de alto rendimiento mucho más pequeña y ligera? ¿O ya no tienes ese golpe de cámara detrás de tu teléfono inteligente?

En un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza , Investigadores de la Universidad de Ottawa han propuesto un nuevo elemento óptico que podría convertir estas ideas en realidad miniaturizando dramáticamente los dispositivos ópticos. potencialmente impactando muchas de las aplicaciones en nuestras vidas.

Para obtener más información sobre este proyecto, hablamos con el autor principal, el Dr. Orad Reshef, becario postdoctoral senior en el Grupo Robert Boyd, y líder de investigación, el Dr. Jeff Lundeen, que es la Cátedra de Investigación de Canadá en Fotónica Cuántica, Profesor asociado en el Departamento de Física de la Universidad de Ottawa, y director del Laboratorio Lundeen.

¿Puede describir el nuevo elemento óptico que desarrolló su equipo? la placa espacial?

Orad Reshef:La luz se "esparce" naturalmente cuando viaja, y todos los dispositivos ópticos que conocemos se basan en esta extensión; no sabríamos cómo diseñar cámaras sin él. Por ejemplo, en cada telescopio, Hay un gran espacio entre el ocular y la lente del objetivo para que la luz se esparza.

Una placa espacial simula la misma propagación que experimentaría la luz al viajar una gran distancia en un dispositivo pequeño. A la luz, una placa espacial parece tener más espacio del que ocupa. En cierto sentido, la placa espaciadora es una contraparte de la lente, haciendo cosas que la lente no puede hacer para encoger sistemas de imágenes enteros.

Introdujimos la idea de una placa espacial en nuestro artículo, demostrándolo experimentalmente y demostrando que es compatible con la luz de banda ancha en el espectro visible que usamos para ver.

Jeff Lundeen:Consideramos lo que sucedería si manipularas la luz en función del ángulo en lugar de la posición de un rayo de luz. Las lentes actúan a través de la posición del rayo. El ángulo es un dominio completamente nuevo, y nadie había demostrado que pudiera usarse para hacer algo particularmente útil. Identificamos una aplicación útil, Comprimir el espacio. Y luego demostramos que en realidad podíamos diseñar y demostrar experimentalmente placas que hacen exactamente eso.

Orad Reshef:Esto es emocionante porque este dispositivo nos permitirá reducir todo tipo de dispositivos muy grandes que pensamos que eran imposibles de miniaturizar en óptica. Para diseñarlo, necesitamos idear un nuevo conjunto de reglas que sea incompatible con el que se usa en el diseño de lentes. Nadie sabe lo que son es como el salvaje oeste.

Cómo llegastes a esta conclusión?

Jeff Lundeen:Orad Reshef es un experto en el uso de nanotecnología para manipular un rayo en función de su posición (por ejemplo, metalentes o, más generalmente, meta-superficies). Estuvimos discutiendo casualmente las limitaciones de manipular la luz con estas meta-superficies y dije que sería genial manipular la luz en su lugar en función de su ángulo.

El Dr. Reshef inmediatamente confió en que podría diseñar y fabricar algo que pudiera hacer eso y posteriormente concluí que el objetivo más fácil sería reemplazar el espacio necesario para la propagación (es decir, propagación).

En el transcurso de los próximos meses, en conversaciones con el Dr. Boyd y el Dr. Reshef, Poco a poco nos dimos cuenta de lo asombroso y útil que sería un dispositivo de este tipo. Tanto el Dr. Reshef como yo creamos diseños viables y completamente diferentes, que mostró que había muchas formas de crear un dispositivo de este tipo. Estudiamos tres en nuestro artículo, pero vendrán más.

¿Cómo se podría utilizar esta tecnología? ¿Cuáles son las aplicaciones de la placa espacial en nuestra vida diaria?

Orad Reshef:Se puede usar una placa espaciadora para miniaturizar muchos sistemas ópticos, ya sea una pantalla o un sensor. Por ejemplo, una placa espacial avanzada puede permitir telescopios o cámaras delgados como el papel; podría usarse para eliminar la protuberancia de la cámara en la parte posterior de su teléfono inteligente.

Jeff Lundeen:La gente carga con grandes cámaras con enormes teleobjetivos. Si podemos mejorar suficientemente el rendimiento de la placa espacial, Visualizo la posibilidad de construir más pequeños, Cámaras más ligeras con un rendimiento mucho mejor. En particular, la placa espacial combinada con metalentes nos permitiría hacer toda la superficie posterior de, decir, un iPhone Max, en una cámara plana y delgada. Tendría hasta 14 veces mejor resolución y rendimiento con poca luz que esas cámaras grandes y pesadas.

Las cámaras delgadas y pequeñas serían útiles en una amplia variedad de aplicaciones, incluso en la atención de la salud, donde las píldoras de la cámara o los endoscopios podrían mirar dentro de las arterias o el sistema digestivo.

¿Cuáles son los siguientes pasos?

Orad Reshef:Estamos trabajando arduamente para desarrollar la próxima generación de esta tecnología. Queremos intentar aumentar el factor de compresión y mejorar el rendimiento general. Ya tenemos algunos diseños para aumentar el factor de compresión de cinco a más de 100 veces, y aumentar la transmisión total. Para seguir haciendo esto, tenemos que idear un paradigma de diseño completamente nuevo.

¿Algún pensamiento final?

Orad Reshef:Es sorprendente que los elementos ópticos como las lentes hayan existido durante un milenio y sus reglas de diseño se hayan entendido bien durante más de 400 años. y, sin embargo, todavía estamos descubriendo nuevos elementos ópticos fundamentales para la obtención de imágenes.

El artículo Una óptica para reemplazar el espacio y su aplicación a los sistemas de imagen ultradelgados se publica en Comunicaciones de la naturaleza .