Crean lentes de tipo axicón reconfigurables y de cristal líquido

Estas nuevas lentes, con aplicaciones en la ciencia y la industria, pueden cambiar su profundidad de enfoque mediante control electrónico sin necesidad de partes móviles.

Un axicón es un tipo de lente que a diferencia de las normales permite enfocar la luz en un volumen en vez de en un punto. Cuando se proyecta sobre una superficie plana, la luz se ve como un anillo, que aumenta o disminuye de tamaño según se aleje o acerque la lente. Los axicones se emplean en diversos campos de la ciencia y la industria, como la investigación en física, la optometría y la astronomía. Se fabrican habitualmente con cristal o polímeros y tienen un volumen de enfoque (o profundidad de enfoque) fijo. Sin embargo, unos investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) en España han desarrollado ahora axicones que pueden cambiar su profundidad de enfoque mediante control electrónico sin necesidad de partes móviles. Y lo han conseguido utilizando para su fabricación cristal líquido, un material cuyas moléculas se reorientan bajo la acción de un campo eléctrico.

En contraste con las lentes de cristal donde el enfoque se modifica con lentes de mayor o menor curvatura, las lentes desarrolladas en el Centro de Materiales y Dispositivos Avanzados para las Tecnologías de la Información y la Comunicación (CemdaTIC) de la UPM logran un efecto similar variando la orientación del cristal líquido, es decir, cambiando las señales electrónicas, pero manteniendo un grosor constante. Porque otra diferencia es que estas lentes reconfigurables son planas, en vez de tener la tradicional forma cónica de los axicones.

Aparte de diseñar, fabricar y verificar el funcionamiento de los dispositivos, los investigadores se plantearon y comprobaron la posibilidad de usar las novedosas lentes para la generación de vórtices ópticos, haces de luz láser con forma de anillo que concitan actualmente mucho interés para su uso en comunicaciones cuánticas. Su investigación ha demostrado no solo que pueden cambiar la carga topológica de estos vórtices ópticos sino también utilizarse para generar los llamados vórtices ópticos perfectos, aquellos en los que el radio de su singularidad óptica no depende de su carga topológica.

Imágenes obtenidas mediante microscopio en la que puede apreciarse cómo el axicón desarrollado por los investigadores cambia su configuración por la aplicación de diferentes señales eléctricas. (Imágenes: UPM)

Al margen de las comunicaciones cuánticas, existen otras posibles aplicaciones de los axicones reconfigurables de cristal líquido. Javier Pereiro García, profesor ayudante en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación (ETSIT) y uno de los autores de la investigación, menciona el uso de láseres para cortar o dar formas a piezas. “El hecho de que se pueda configurar el volumen de enfoque podría permitir hacer agujeros de diferentes profundidades”, señala. Y por la misma razón, en los casos de cirugía de córnea, donde es común el uso de axicones, haría posible modificar los cortes con forma de anillo. También se refiere el investigador a las pinzas ópticas, un instrumento que usa un rayo láser, muy útil, por ejemplo, para los microbiólogos. “El haz de luz producido por estos axicones puede ser utilizado para capturar y mover controladamente objetos microscópicos”.

El estudio se titula “Flat variable liquid crystal diffractive spiral axicon enabling perfect vortex beams generation”. Y se ha publicado en la revista académica Scientific Reports. (Fuente: UPM)