Inspirada en un antiguo truco de luz, la “ventana mágica plana” podría servir para nuevo tipo de pantalla 3D

Por primera vez, científicos emplearon cristales líquidos para construir una ventana mágica plana, un dispositivo transparente que produce una imagen oculta cuando la luz incide sobre él.

La tecnología representa un giro novedoso en un truco de luz muy antiguo.

Hace miles de años, los artesanos de China y Japón fabricaron espejos de bronce que parecían espejos planos regulares al mirar el reflejo de uno, pero generaban otra imagen cuando se iluminaban con la luz solar directa.

Los científicos tardaron hasta principios del siglo XX en darse cuenta de que estos dispositivos funcionan porque una imagen proyectada en la parte posterior del espejo crea pequeñas variaciones en la superficie que hacen que se forme la imagen, y los ingenieros tardaron hasta ahora en aplicar el mismo principio a los cristales líquidos. para pantallas de alta tecnología.

“La ventana mágica que creamos parece perfectamente plana a simple vista pero, de hecho, tiene ligeras variaciones que crean una imagen en respuesta a la luz”, dijo el líder del equipo de investigación, Felix Hufnagel, de la Universidad de Ottawa.

“Al diseñar la ventana para que sea relativamente suave, la imagen que se crea se puede ver en un amplio rango de distancias desde la ventana”.

Hufnagel y sus colegas describen el proceso que desarrollaron para crear ventanas mágicas de cristal líquido transparente que pueden producir cualquier imagen deseada.

El proceso también se puede utilizar para crear espejos mágicos que reflejan, en lugar de transmitir, la luz para crear una imagen.

“El uso de cristales líquidos para hacer ventanas o espejos mágicos podría algún día hacer posible la creación de una versión reconfigurable para producir ventanas o películas mágicas artísticas dinámicas”, dijo Hufnagel.

“La capacidad de obtener una gran profundidad de enfoque también podría hacer que el enfoque sea útil para pantallas 3D que producen imágenes 3D estables incluso cuando se ven desde diferentes distancias“.

Aunque los científicos han entendido durante décadas que los antiguos espejos mágicos de bronce formaban imágenes como resultado de pequeñas variaciones en la superficie, no fue hasta 2005 que Michael Berry, un físico matemático de la Universidad de Bristol en el Reino Unido, obtuvo la base matemática para este efecto.

Más tarde amplió este conocimiento para desarrollar una base teórica para ventanas mágicas transparentes además de espejos mágicos reflectantes.

Este trabajo inspiró a Hufnagel y sus colegas a crear una ventana mágica basada en cristales líquidos.

Los cristales líquidos son materiales que pueden fluir como un líquido convencional pero tienen moléculas que pueden orientarse como un cristal sólido.

En el nuevo trabajo, los investigadores utilizaron una versión modificada de un conocido proceso de fabricación que produce un patrón de cristal líquido específico que permite crear la imagen deseada cuando se ilumina.

Utilizaron un elemento óptico Pancharatnam-Berry (PBOE), que es un dispositivo de cristal líquido que funciona bajo un principio bien conocido llamado fase Pancharatnam-Berry.

Al cambiar la orientación de las moléculas de cristal líquido en este dispositivo, los investigadores podrían alterar las propiedades de la luz a medida que viaja a través del dispositivo pixel por pixel.

“A nivel conceptual, la teoría desarrollada por Berry fue fundamental para determinar cómo se deben orientar estos cristales líquidos para crear una imagen que sea estable a una gran distancia”, dijo Hufnagel.

“Nuestro uso de elementos ópticos planos y un patrón de cristal líquido con ligeras variaciones prescritas por la teoría de la imagen laplaciana de Berry permite que las ventanas mágicas parezcan normales, o planas, cuando uno mira a través de ellas”.

Después de fabricar un espejo y una ventana mágicos, los investigadores usaron una cámara para medir los patrones de intensidad de luz producidos por ambos dispositivos.

Cuando se iluminaba con un rayo láser, tanto el espejo como la ventana producían una imagen visible que permanecía estable incluso cuando cambiaba la distancia entre la cámara y el espejo o la ventana.

Los investigadores también demostraron que los dispositivos creaban imágenes cuando se iluminaban con una fuente de luz LED, lo que sería más práctico de usar en aplicaciones de la vida real.

Los investigadores ahora están trabajando para utilizar su enfoque de fabricación para crear placas mágicas cuánticas.

Por ejemplo, dos de estas placas podrían crear imágenes entrelazadas que podrían usarse para estudiar nuevos protocolos de imágenes cuánticas.

También están explorando la posibilidad de fabricar ventanas mágicas utilizando enfoques distintos a los cristales líquidos.

Por ejemplo, el uso de metasuperficies dieléctricas para hacer un dispositivo de ventana mágica podría reducir su huella y aumentar el ancho de banda.

Fuente: SciTechDaily