Las empresas han invertido mucho para mejorar el color en las imágenes digitales, pero la longitud de onda es sólo una propiedad de la luz. La polarización (cómo oscila el campo eléctrico a medida que se propaga la luz) también es rica en información, pero las imágenes de polarización siguen estando confinadas principalmente a entornos de laboratorio de mesa, basándose en ópticas tradicionales como placas de ondas y polarizadores montados en voluminosos soportes giratorios.

Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard han desarrollado un sistema compacto de imágenes de polarización de un solo disparo que puede proporcionar una imagen completa de la polarización.

Utilizando sólo dos metasuperficies delgadas, el sistema de imágenes podría desbloquear el vasto potencial de las imágenes de polarización para una variedad de aplicaciones nuevas y existentes, incluidas imágenes biomédicas, sistemas de realidad virtual y aumentada y teléfonos inteligentes. La investigación se publica en Nature Photonics. .

"Este sistema, que no tiene partes móviles ni ópticas de polarización masiva, potenciará las aplicaciones en imágenes médicas en tiempo real, caracterización de materiales, visión artificial, detección de objetivos y otras áreas importantes", dijo Federico Capasso, Robert L. Wallace. Profesor de Física Aplicada e investigador principal Vinton Hayes en Ingeniería Eléctrica en SEAS y autor principal del artículo.

En investigaciones anteriores, Capasso y su equipo desarrollaron la primera cámara de polarización compacta de su tipo para capturar las llamadas imágenes de Stokes, imágenes de la firma de polarización reflejándose en un objeto, sin controlar la iluminación incidente.

"Así como la sombra o incluso el color de un objeto pueden parecer diferentes dependiendo del color de la iluminación incidente, la firma de polarización de un objeto depende del perfil de polarización de la iluminación", dijo Aun Zaidi, reciente Ph.D. Graduado del grupo de Capasso y primer autor del artículo.

"A diferencia de las imágenes de polarización convencionales, las imágenes de polarización 'activa', conocidas como imágenes de matriz de Mueller, pueden capturar la respuesta de polarización más completa de un objeto controlando la polarización incidente".

Actualmente, las imágenes matriciales de Mueller requieren una configuración óptica compleja con múltiples placas giratorias y polarizadores que capturan secuencialmente una serie de imágenes que se combinan para realizar una representación matricial de la imagen.

El sistema simplificado desarrollado por Capasso y su equipo utiliza dos metasuperficies extremadamente delgadas:una para iluminar un objeto y la otra para capturar y analizar la luz del otro lado.

La primera metasuperficie genera lo que se conoce como luz estructurada polarizada, en la que la polarización está diseñada para variar espacialmente en un patrón único. Cuando esta luz polarizada se refleja o se transmite a través del objeto que se ilumina, el perfil de polarización del haz cambia. Ese cambio es capturado y analizado por la segunda metasuperficie para construir la imagen final, en una sola toma.

La técnica permite obtener imágenes avanzadas en tiempo real, lo cual es importante para aplicaciones como la cirugía endoscópica, el reconocimiento facial en teléfonos inteligentes y el seguimiento ocular en sistemas AR/VR. También podría combinarse con potentes algoritmos de aprendizaje automático para aplicaciones en diagnóstico médico, clasificación de materiales y productos farmacéuticos.

"Hemos reunido dos campos aparentemente separados de luz estructurada e imágenes polarizadas para diseñar un único sistema que capture la información de polarización más completa.

"Nuestro uso de metasuperficies de nanoingeniería, que reemplazan muchos componentes que tradicionalmente serían necesarios en un sistema como este, simplifica enormemente su diseño", afirmó Zaidi.

"Nuestro sistema compacto y de disparo único proporciona una vía viable para la adopción generalizada de este tipo de imágenes para potenciar aplicaciones que requieren imágenes avanzadas", afirmó Capasso.