El artículo, titulado “Roll-to-plate printable RGB-achromatic metalens for wide-field-of-view holographic near-eye displays” (Metalente acromática RGB imprimible mediante rollo a placa para pantallas holográficas de campo de visión amplio en dispositivos de visualización cercana), presenta los hallazgos del equipo de investigación conjunto de Samsung y POSTECH. En este estudio, los investigadores desarrollaron una metalente acromática libre de distorsiones de color y la integraron con pantallas holográficas para corregir diversas aberraciones ópticas. Esta innovación allana el camino para el desarrollo de dispositivos holográficos XR compactos y de alta calidad, además de ofrecer nuevas aplicaciones en cámaras y sensores.  

El estudio fue dirigido por el Dr. Seokil Moon de Samsung Research y el profesor Junsuk Rho de POSTECH, con la colaboración de los investigadores Minseok Choi, Joohoon Kim y Kilsoo Shin de POSTECH, quienes también figuran como coautores del artículo. 

Superando las limitaciones convencionales de aberración cromática para lograr una metalente acromática compacta 

Una metalente es una lente plana compuesta por estructuras a nanoescala capaces de controlar la difracción de la luz, lo que permite reducir drásticamente su tamaño y grosor en comparación con las lentes ópticas [1] convexas tradicionales. Por esta razón, se ha posicionado como un componente óptico de próxima generación para aplicaciones en pantallas y cámaras, impulsando más de una década de investigaciones.  

A pesar de sus ventajas, el desarrollo de productos basados en metalentes ha enfrentado desafíos técnicos, especialmente la aberración cromática [2] severa, que genera distorsión en las imágenes.  

Los intentos previos para eliminar la aberración cromática en metalentes se centraban en diseñar estructuras metaindividuales de forma independiente y luego ensamblarlas sobre un sustrato. Sin embargo, este enfoque no consideraba las interacciones entre las estructuras durante la fase de diseño, lo que impedía corregir por completo la aberración cromática en la lente final.

El equipo de investigación superó este desafío al redefinir el enfoque convencional de diseño de metalentes. En lugar de tratar las metaestructuras de forma independiente, analizaron de manera simultánea sus interrelaciones durante la fase de diseño, lo que permitió eliminar por completo la aberración cromática tras la fabricación.  

Además de corregir esta distorsión, la metalente acromática desarrollada logra una distancia focal más corta, lo que reduce significativamente el tamaño y el peso de la lente [3].  

Mayor resolución y menor fatiga ocular con una única lente 

Las metalentes suelen presentar diversas aberraciones ópticas además de la aberración cromática, y la distorsión de imagen tiende a intensificarse conforme aumenta el tamaño de la pantalla. Tradicionalmente, estos problemas se solucionaban mediante la combinación de múltiples lentes. No obstante, el equipo de investigación ha logrado corregir varias aberraciones ópticas al integrar una única metalente acromática con una pantalla holográfica, lo que permite obtener un amplio campo de visión e imágenes de alta calidad sin distorsión. 

Asimismo, las validaciones técnicas han demostrado que reemplazar las lentes ópticas convencionales y las pantallas tradicionales por metalentes acromáticas y pantallas holográficas permite generar imágenes virtuales más compactas y ligeras, además de reducir la fatiga ocular [4].  

Se espera que los hallazgos de este estudio se apliquen en dispositivos de medios inmersivos con capacidades de realidad extendida (XR). Además, esta tecnología promete mejorar el rendimiento y reducir el tamaño de diversos sistemas ópticos, como pantallas, cámaras y sensores.  

Gracias a esta colaboración entre la industria y la academia, Samsung ha validado todo el proceso, desde la conceptualización de ideas innovadoras hasta su implementación. Este logro confirma el potencial de la tecnología para impulsar el desarrollo de sistemas ópticos avanzados y garantizar la evolución de las tecnologías de visualización de próxima generación.  

Samsung reafirma su compromiso con la investigación y el desarrollo de tecnologías innovadoras que definirán el futuro. A través de colaboraciones continuas con instituciones académicas e iniciativas líderes en la industria.

[1] Una lente convexa suele tener un grosor de varios milímetros, a veces superando un centímetro, mientras que las metalentes son mucho más delgadas, generalmente de menos de 0,5 mm. 

[2] La aberración cromática, también conocida como dispersión de color, ocurre cuando una lente no logra enfocar todos los colores en el mismo punto, generando bordes coloreados en los objetos de las fotografías. 

[3] En comparación con las metalentes acromáticas propuestas anteriormente, esta investigación ha fabricado metalentes de un tamaño entre 3 y 5 veces mayor, manteniendo la misma capacidad de enfoque (apertura numérica). 

[4] La calidad de la imagen se ha mejorado en un 13% tras corregir las aberraciones mediante la pantalla holográfica. La calidad de la imagen se mide utilizando la relación señal-ruido de pico (PSNR), un método ampliamente utilizado en el procesamiento de imágenes y señales.