Lente Holográfica Flexible y Ligera Abre Camino a Telescopios Espaciales de Próxima Generación

Inspirados por un concepto para descubrir exoplanetas con un telescopio espacial gigante, un equipo de investigadores está desarrollando lentes holográficas que convierten la luz estelar visible e infrarroja en una imagen enfocada o un espectro. El método experimental podría usarse para crear una lente flexible y ligera, de muchos metros de diámetro, que podría enrollarse para el lanzamiento y desplegarse en el espacio.

Dos ondas esféricas de luz se usan para producir el holograma, lo que da un control fino sobre la red de difracción grabada en la película y el efecto que tiene sobre la luz —ya sea separando la luz con supersensibilidad o enfocándola con alta resolución. Los investigadores creen que este modelo podría ser útil en aplicaciones que requieren espectroscopía de resolución espectral extremadamente alta, como el análisis de exoplanetas.

Los telescopios que deben lanzarse al espacio (para beneficiarse de una vista sin obstáculos de la atmósfera terrestre) están limitados por el peso y volumen de los espejos de vidrio usados para enfocar la luz. Estos espejos pueden abarcar realistamente solo unos pocos metros de diámetro. En contraste, la lente holográfica flexible y ligera —más propiamente llamada “elemento óptico holográfico”— usada para enfocar la luz podría tener docenas de metros de ancho. Tal instrumento podría usarse para observar directamente un exoplaneta, un salto sobre los métodos actuales que detectan exoplanetas basándose en su efecto sobre la luz que proviene de la estrella que orbitan.

“Para encontrar la Tierra 2.0, realmente queremos ver exoplanetas por imagen directa —necesitamos poder mirar la estrella y ver el planeta separado de la estrella. Y para eso, necesitamos alta resolución y un telescopio realmente grande”, dijo la profesora Heidi Jo Newberg.

El elemento óptico holográfico es una versión refinada de una lente de Fresnel, una categoría de lentes que usan anillos concéntricos de prismas dispuestos en un plano plano para imitar la capacidad de enfocar de una lente curva sin el volumen. El concepto de la lente de Fresnel —desarrollado para uso en faros— data del siglo XIX, con lentes de Fresnel modernas de vidrio o plástico encontradas en lámparas de automóviles, micro-ópticas y pantallas de cámaras.

Pero mientras los elementos ópticos holográficos de Fresnel —creados al exponer una película plástica fotosensible a dos fuentes de luz a diferentes distancias de la película— no son infrecuentes, los métodos existentes se han limitado a lentes que solo pueden enfocar luz, en lugar de separarla en sus colores constituyentes.

El nuevo método permite a los diseñadores enfocar la luz en un solo punto o dispersarla en sus colores constituyentes, produciendo un espectro de colores puros. El método usa dos fuentes de luz, posicionadas muy cerca una de la otra, que crean ondas concéntricas de luz que —a medida que viajan hacia la película— se construyen o se cancelan entre sí. Este patrón de convergencia o interferencia puede ajustarse basándose en fórmulas desarrolladas por la profesora visitante Mei-Li Hsieh. Se imprime, o “graba”, en la película como una imagen holográfica y, dependiendo de cómo se estructura la imagen, la luz que pasa a través del elemento óptico holográfico se enfoca o se estira.