ES2711456A1 - Dispositivo optico configurable - Google Patents

Abstract

Dispositivo óptico configurable que comprende un elemento óptico (1), o varios elementos ópticos (1) dispuestos en cascada, donde cada elemento óptico (1) comprende una zona activa (2) constituida por una superficie de entrada y una superficie de salida para haces de luz, y un perímetro (3). Cada elemento óptico (1) comprende al menos un primer electrodo (4) transparente y al menos un contra-electrodo (5) transparente cuyas conexiones eléctricas están situadas en la zona del perímetro (3). El dispositivo está configurado para que, mediante la aplicación de una diferencia de potencial entre los electrodos (4, 5) de cada elemento óptico (1), se genere un campo eléctrico que haga variar el grado de conmutación en distintas áreas de la zona activa (2) de cada elemento óptico (1), generándose así un perfil de variación de camino óptico de en cada uno de los elementos ópticos (1) del dispositivo, que permite enfocar un haz de luz incidente de diferentes maneras, según el campo eléctrico aplicado a cada uno de los electrodos.

Description

DESCRIPCION

Dispositivo optico configurable

Objeto de la invencion

La presente invencion se refiere a un dispositivo optico configurable (o reconfigurable) capaz de introducir una variation radial en el perfil de fase de una radiation incidente arbitraria.

El dispositivo esta basado en una, o varias celulas de cristal llquido en cascada, provistas de electrodos estructurados de tal modo que todos los electrodos son accesibles desde la periferia de la celula, pudiendo, en consecuencia, ser direccionados de forma independiente. El diseno especlfico de los electrodos, que forma parte de la invencion, permite la fabrication de lentes reconfigurables y correctores de frente de onda.

La presente invencion se refiere tambien a un metodo de fabricacion del dispositivo optico configurable mencionado anteriormente.

El dispositivo objeto de la presente invencion tiene aplicacion en el ambito del diseno y comercializacion de dispositivos opticos para diferentes tipos de industrias, tales como la industria aeroespacial, sanitaria, seguridad, transporte, comunicaciones, etc.

Problema tecnico a resolver y Antecedentes de la invencion

Las lentes empleadas comunmente se basan en la refraction de la luz. Tambien son muy conocidas las lentes basadas en la difraccion de la luz, conocidas tambien como lentes Fresnel, que son lentes difractivas de enfoque fijo, sin carga topologica (o de carga topologica zero),

En el estado de la tecnica se conocen ciertos tipos de lentes de vortice tales como las lentes difractivas en espiral. Un lente difractiva en espiral esta caracterizada por su perfil, que se describa por su carga topologica, y en caso de ser una lente de enfoque, por su distancia focal.

Haces opticos de vortice, o vortices, son menos comunes y poco conocidos por el publico en general. Un vortice es un haz optico en cual la fase de la luz varia espacialmente de una manera azimutal alrededor del centro del haz. Tlpicamente la fase varia un numero que es multiplo entero de 2n, en una vuelta alrededor del centro del haz. El numero, multiplo entero de 2n, se conoce como la carga topologica del vortice.

Los elementos definidos en esta patente son todos elementos que cambian la carga topologica de un haz incidente.

Asimismo, se conoce un tipo de lente de contacto, como la divulgada en el documento US 5408281 A, que tiene una geometrla espiral y capacidad de enfoque.

Asimismo, se conoce el documento US 2008226844 A1, dedicado a laminas de fase espiral configurables, pero basadas en un alineamiento no uniforme y que no emplea lentes en cascada.

Asimismo, se conoce el documento WO 2012/080532, que define un reflectarray de haz reconfigurable para frecuencias en los rangos de terahercios y de ondas milimetricas, basadas en estructuras de dipolos resonantes reconfigurables en celulas de cristal llquido.

No se conoce hasta la fecha ningun dispositivo optico que emplee una misma estructura de electrodos pasivos para generar lentes difractivas en espiral con distinta distancia focal, dependiente unicamente del campo aplicado a los distintos electrodos y sin efectos de dentado (en ingles aliasing) presente en los dispositivos pixelados.

No se conoce hasta la fecha ningun dispositivo optico que combine dos estructuras generadoras de vortices en cascada. La combinacion de tales estructuras en cascada de la presente invention permite emular, mediante un unico dispositivo, practicamente todo tipo de lente optica, asl como configurar sus caracterlsticas opticas en funcion de las necesidades.

Un dispositivo de este tipo puede competir con moduladores espaciales de luz (SLM), con las ventajas anadidas de tener un mayor factor de llenado, de no tener efectos de dentado y de carecer de componentes electronicos en la parte activa del mismo, transmitiendo, por tanto, mayor cantidad de luz. Ademas es estructural y electronicamente mas simple y, por tanto, mas economico.

La presente invention aprovecha algunas de las propiedades basicas de los cristales llquidos (LC’s), en concreto su anisotropla molecular optica y dielectrica. La naturaleza fluida de los LC’s combinada con su anisotropla dielectrica intrlnseca implica que, a escala macroscopica, el material tiende a orientarse ofreciendo su constante dielectrica mas alta al campo aplicado.

En los LC’s mas comunes, los calamlticos nematicos, las moleculas tienen forma alargada; el eje mayor de la molecula corresponde aproximadamente al eje de la mayor constante dielectrica y al eje optico de anisotropla, tambien llamado indicatriz. As! pues, el Indice de refraction mayor y la mayor constante dielectrica son paralelas al eje mayor de la molecula. Estos materiales son los llamados LC’s positivos.

Existen LC’s de anisotropla dielectrica negativa, en los cuales el eje molecular coincide con el mayor Indice de refraccion (la indicatriz) y la menor constante dielectrica. En esta description se asumen anisotroplas uniaxiales, aproximacion que resulta valida para todos los casos relevantes de cristal llquido (LC) en esta invencion.

En otros materiales LC’s, como las llamadas fases azules, un material isotropo puede transformarse en anisotropo al aplicar un campo electrico. En tales casos, el Indice tiende a aumentar en la direction del campo, y disminuir en direction perpendicular.

Adicionalmente los LC’s son fluidos ordenados. Poseen un orden macroscopico intrlnseco generado por fuerzas viscoelasticas intermoleculares que se extiende a cientos de pm, lo cual permite alinearlos, en ausencia de campos externos, con interacciones superficiales relativamente debiles.

As! pues, se puede conseguir inducir un alineamiento preferencial del LC mediante el adecuado tratamiento superficial, el cual se transmite al resto del material, siempre que el volumen del LC este confinado en una celula con caras paralelas situadas a corta distancia. Dicho alineamiento puede eventualmente alterarse aplicando un campo electrico externo. La conmutacion entre un estado y otro queda determinada por el plano definido por la direccion de alineamiento y la direccion del campo electrico.

Como consecuencia, el Indice o Indices de refraccion que percibe la luz que atraviesa un LC pueden modificarse por medio de campos electricos aplicados, haciendo que varle la longitud de camino optico (OLP del ingles Optical Light Path) o el estado de polarizacion (SOP del ingles State of Polarization) de la luz incidente.

La modification del SOP es el fundamento en que se basan las pantallas de cristal llquido (LCD). Al controlar el SOP, se puede controlar -con la ayuda de un polarizador o de dos polarizadores- la cantidad de luz que atraviesa el sistema. Un LCD esta usualmente formado por una celula de LC retroiluminada o provista de un espejo posterior, sobre el que se situa la celula de LC entre polarizadores. La celula posee un sistema de excitation electrica formado por electrodos en forma de segmentos (pantallas alfanumericas) o bien una matriz rectangular de plxeles como la que llevan los telefonos moviles, proyectores y TV’s.

Las variaciones de OLP constituyen el fundamento de las lentes de LC, y de dispositivos fotonicos de LC mas genericos como los moduladores espaciales de luz (SLM). Estos dispositivos permiten manipular al menos una de las polarizaciones del frente de onda incidente.

Las lentes transparentes de LC suelen estar basadas en electrodos concentricos a los que se aplican distintas tensiones. El conexionado de elementos concentricos resulta complejo si no se opta por montajes multicapa de los electrodos, los cuales a su vez presentan sus propios problemas. En consecuencia, se deben emplear esquemas complejos de direccionamiento con rangos de sintonizabilidad muy limitados, o bien electrodos entrelazados con formas espirales.

Los SLM’s se basan en tecnologlas derivadas de la production comercial de LCDs, si bien deben prepararse para alcanzar retardos maximos de fase de 2n, en lugar del retardo n usualmente exigido a las pantallas LCD. Los SLM de altas prestaciones se basan en matrices rectangulares de plxeles de muy alta densidad, que permiten ajustes casi arbitrarios de los frentes de onda. No obstante, la mayorla de pantallas son de vision directa, con un tamano de pixel de decenas de pm (inferior a la agudeza visual del ojo humano), o bien dispositivos de proyeccion transmisivos, o reflexivos como los LCoS (liquid crystal on silicon, cristal liquido sobre silicio).

Los dispositivos de vision directa emplean generalmente transistores de capa delgada (TFT) en una matriz activa, lo cual reduce el numero de electrodos necesarios para controlar el gran numero (millones) de pixeles individuales que lleva una pantalla. Una porcion significativa del area activa de la pantalla esta ocupada por los TFT y su circuiteria, reduciendo el asi llamado factor de llenado (la transmision de luz) de la pantalla. El problema se agrava en los dispositivos transmisivos de proyeccion, porque el pequeno tamano de sus pixeles reduce el factor de llenado hasta el punto de que la resolution de tales dispositivos esta limitada en la practica. En los dispositivos reflexivos LCoS los transistores y la circuiteria microelectronica se instalan detras de la pantalla y no afectan al factor de llenado.

En cualquiera de los casos, la electronica de control esta sobre los pixeles o debajo del area activa, lo cual no es deseable en ciertas aplicaciones, en concreto aquellas en que la celula LC esta expuesta a radiation electromagnetica intensa o a radiaciones ionizantes, las cuales pueden deteriorar los elementos micro y nanoelectronicos de los circuitos.

La presente invention se presenta dentro de este contexto. Se trata de un dispositivo transparente formado por electrodos con formas variadas, capaz de generar lentes de LC de cualquier perfil con un numero arbitrario de pixeles, que se direccionan desde el perimetro del area activa. El dispositivo presenta varias ventajas sobre los dispositivos actuales:

• Es transparente, a diferencia de la mayoria de SLMs de alta resolucion.

• Carece de elementos electronicos en el area activa

• Puede direccionarse con un numero arbitrario de pixeles individuales, sin interconexion ni solapamiento de electrodos en ninguna zona.

• Tiene un factor de llenado notablemente alto, tan solo limitado por la separacion entre electrodos

• Carece intrinsicamente de efectos de dentado o aliasing

Aparte de los cristales liquidos, existen otros materiales con efecto electro-optico donde la anisotropia optica del material cambia al aplicar un campo electrico. En estos materiales, el Indice de refraccion tiende a aumentar en la direction del campo, y disminuir en direccion perpendicular o al reves. En la presente invention se pueden sustituir los LCs por materiales con efecto electroptico como el Niobato de Litio o por llquidos que muestren efecto Pockels o Kerr.

Description de la invencion

A la vista del estado de la tecnica anterior, se presenta el siguiente dispositivo optico configurable (y/o sintonizable), objeto de la presente invencion.

El dispositivo optico configurable objeto de la presente invencion comprende un elemento optico configurable o varios elementos opticos configurables dispuestos en cascada. Cada elemento optico comprende una zona activa constituida por una superficie (o sustrato transparente) de entrada y una superficie (o sustrato transparente) de salida para haces de luz.

Cada elemento optico incluye al menos un primer electrodo transparente y al menos un contra-electrodo (o segundo electrodo) transparente.

Las conexiones electricas para los electrodos estan situadas en la zona del perlmetro de cada elemento optico, de manera que no existen pistas de conexion que penetren en la zona activa.

Segun una posible forma de realization, el primer electrodo de al menos uno de los elementos opticos esta dividido en secciones, de manera que el dispositivo esta configurado para generar campos electricos de distinta intensidad entre cada section del primer electrodo y el segundo electrodo.

El dispositivo esta configurado para que, mediante la aplicacion de una diferencia de potencial entre distintas secciones de los electrodos de cada elemento optico, se generen distintos campos electricos que hagan variar el grado de conmutacion en distintas areas de la zona activa de cada elemento optico, generandose asl un perfil de variation de OLP en cada uno de los elementos opticos del dispositivo. Esto configura una determinada carga topologica y un determinado enfoque del haz de luz incidente, segun el patron de campos electricos aplicados a las secciones del primer electrodo.

Segun una posible forma de realization, los elementos opticos son celulas de cristal llquido (o celulas de cristal llquido polimerizable) con sus electrodos correspondientes. Alternativamente al cristal llquido, los elementos opticos podrlan estar constituidos por algun otro material electro-optico (con capacidad de variar su Indice de refraction ante la presencia de un campo electrico) y sus electrodos correspondientes.

Se permite asl que existan conmutaciones parciales (segun el numero y disposition de secciones de los electrodos), que permiten variar localmente el Indice de refraccion de diferentes zonas de cada elemento optico.

Segun una posible forma de realization, tambien el contra-electrodo esta dividido en secciones. En este caso, ambos electrodos estan configurados tanto para presentar potenciales electricos distintos en cada seccion, como para presentar potenciales electricos iguales en cada section. La distribution de secciones del primer electrodo puede ser diferente de la distribution de secciones del contra-electrodo, permitiendo asl que el dispositivo pueda ser reconfigurado (sintonizado) para crear dos juegos independientes de perfiles de camino optico, lo cual cambia la carga topologica y el enfoque de un haz de luz incidente en distintas maneras.

Se pueden disponer en cascada elementos opticos en los que el contra-electrodo no este dividido en secciones, o elementos opticos en los que el contra-electrodo si este dividido en secciones, o una cascada de elementos opticos en los que uno tenga el contra-electrodo dividido en secciones y otro tenga el contra-electrodo sin division de secciones.

Segun una posible forma de realization, un elemento optico actua como una lente difractiva espiral variable. En funcion del patron aplicado, se produce un camino optico con una determinada distancia de enfoque y carga topologica. Asl, mediante la aplicacion de un primer patron adecuado de campos electricos, el perfil del camino optico del elemento optico se corresponde con el de una lente difractiva en espiral con una primera distancia de enfoque y una primera carga topologica, mientras que mediante la aplicacion de un segundo patron adecuado de campos electricos, el perfil del camino optico del elemento optico se corresponde con el de una lente difractiva en espiral con una segunda distancia de enfoque y una segunda carga topologica.

Segun otra posible forma de realization, una pareja de elementos opticos actua conjuntamente, emulando una lente difractiva variable.

Segun otra posible forma de realizacion, una pareja de elementos opticos actua conjuntamente, emulando un axicon variable.

Segun otra posible forma de realization, una pareja de elementos opticos actua conjuntamente, emulando una lente difractiva espiral variable.

Segun otra posible forma de realizacion, una pareja de elementos opticos actua conjuntamente, emulando la combination de al menos dos de los siguientes sistemas: una lente, un axicon o una lamina de fase espiral.

Asl pues, mediante la aplicacion de los correspondientes campos electricos, el perfil del camino optico de al menos uno de los elementos opticos adyacentes colocados en cascada puede corresponderse al de una lente difractiva en espiral, mientras que el perfil del camino optico de al menos uno de los restantes elementos opticos adyacentes colocados en cascada puede corresponderse al de una lamina en fase espiral.

Segun una realizacion particular, el primer electrodo de dos elementos opticos adyacentes colocados en cascada esta dividido en secciones, siendo la distribucion de las secciones del primer electrodo de un elemento optico una imagen especular de la distribucion de las secciones del primer electrodo del elemento optico adyacente.

Asl pues, mediante la aplicacion de los correspondientes campos electricos, el perfil de conmutaciones de los dos elementos opticos adyacentes colocados en cascada corresponde al de dos lentes difractivas en espiral con topologla inversa, y la combination de elementos emula una lente difractiva.

Segun otra realizacion particular, mediante la aplicacion de los correspondientes campos electricos, el perfil de conmutaciones de dos elementos opticos adyacentes colocados en cascada corresponde al de dos lentes difractivas en espiral. Preferentemente, ambas lentes difractivas en espiral estan posicionadas en cascada, con una determinada distancia de separation entre ellas, de manera que la distancia focal de ambas lentes coincida, lo que permite que funcionen como telescopio o expansor de haz sintonizables, variando la carga topologica y enfoque de las lentes, aplicando los patrones adecuados de campos electricos a las secciones de los electrodos de los elementos opticos.

Segun otra realization particular, se anade un tercer elemento a la realization anterior para que la combinacion de elementos resulte en un dispositivo que no afecta a la carga topologica de la luz.

Segun una posible forma de realizacion, al menos uno de los electrodos de al menos un elemento optico incluye estructuras con frecuencias de resonancia electromagnetica variables segun el grado de conmutacion del cristal llquido adyacente.

Segun una posible forma de realizacion, los electrodos tienen forma de polos que tienen frecuencias de resonancia electromagnetica para frecuencias en los rangos de terahercios y de ondas milimetricas y de ondas micrometricas. Aplicando un campo de polarization a los dipolos se puede generar un perfil de fase para estas frecuencias igual que el perfil de fase generado para las realizaciones para haces de luz.

La presente invention contempla a su vez un metodo de fabrication de un dispositivo optico configurable.

El metodo de fabricacion comprende:

- disponer un elemento optico o varios elementos opticos colocados en cascada, donde cada elemento optico comprende una zona activa constituida por una superficie de entrada y una superficie de salida para haces de luz, donde cada elemento optico comprende al menos un primer electrodo transparente y al menos un segundo electrodo transparente, donde cada elemento optico dispone de conexiones electricas para los electrodos, estando situadas dichas conexiones electricas en la zona del perlmetro de cada elemento optico fuera de la zona activa, donde cada uno de los elementos opticos del dispositivo cambia la carga topologica de un haz de luz incidente.

- aplicar una diferencia de potencial entre los electrodos de cada elemento optico, produciendose asl un campo electrico que haga variar el Indice de refraccion del elemento optico, generandose asl un perfil de conmutaciones selectivas en cada uno de los elementos opticos del dispositivo, variando asl el perfil del camino optico de cada elemento optico, lo cual cambia la carga topologica de un haz de luz incidente.

De manera preferente, el metodo contempla que los elementos opticos sean lentes de cristal llquido, estando cada lente constituida por una celula de cristal llquido situada entre al menos un primer electrodo y al menos un segundo electrodo.

Asimismo, de manera preferente, el metodo contempla que el cristal llquido de las lentes sea polimerizable tambien conocido como mesogeno reactivo (RM del Ingles Reactive Mesogen). El metodo comprende entonces la posibilidad de curar (mediante radiacion UV u otro metodo de curado) el cristal llquido polimerizable, obteniendose un dispositivo difractivo con un perfil de variation de fase fijo o parcialmente sintonizable.

Segun una posible forma de realization, el metodo comprende aplicar un campo electrico entre los electrodos de dos elementos opticos adyacentes colocados en cascada creando un perfil de conmutaciones de los dos elementos opticos adyacentes correspondiente al de dos lentes difractivas en espiral. Asimismo, segun una posible forma de realizacion, el metodo comprende posicionar ambas lentes difractivas en espiral en cascada, con una determinada distancia de separation entre ellas, de manera que la distancia focal de ambas lentes coincida, lo que permite que funcionen como telescopio o expansor de haz sintonizables, variando la carga topologica de las lentes.

Breve description de las figuras

Como parte de la explication de al menos una forma de realizacion preferente del dispositivo, se han incluido las siguientes figuras, en donde con caracter ilustrativo y no limitativo se representa lo siguiente.

Figura 1: muestra una vista esquematica de una celula de cristal llquido, LC, clasica.

Figura 2: muestra una vista esquematica de una celula de cristal llquido en la que el primer electrodo esta dividido en secciones, teniendo el LC anisotropla dielectrica positiva.

Figura 3: muestra una vista esquematica de una celula de cristal llquido en la que el primer electrodo esta dividido en secciones, teniendo el LC anisotropla dielectrica negativa.

Figura 4: muestra una vista esquematica de un LC en fase azul.

Figura 5: muestra esquematicamente el efecto que los diferentes grados de conmutacion del LC nematico (Figuras 2 y 3) tienen sobre un haz incidente de luz linealmente polarizada en el mismo plano del papel.

Figura 6: muestra una situacion identica a la mostrada en la Figura 5, en un dispositivo LC en fase azul como el mostrado en la Figura 4.

Figura 7: muestra un ejemplo de lente difractiva en fase (lente de fresnel) (C), cuyo efecto sobre la fase es equivalente al de una lente gruesa (A).

Figura 8A: muestra esquematicamente un ejemplo de laminas de fase espiral (SPP, del ingles Spiral Phase Plate) con carga topologica 1.

Figura 8B: muestra esquematicamente un ejemplo de laminas de fase espiral (SPP) con carga topologica 2.

Figura 9A: muestra una lente difractiva espiral (SDL, del ingles Spiral Diffractive Lens) en donde se ha introducido una variacion de fase radial hiperbolica con una carga topologica 1.

Figura 9B: muestra una lente difractiva espiral, SDL, en donde se ha introducido una variacion de fase radial hiperbolica con una carga topologica 2.

Figura 10A: muestra una realization consistente en una lamina de fase espiral (SPP) generadora de vortices opticos en cascada con la lente difractiva espiral (SDL) de la Figura 9A.

Figura 10B: muestra una realization consistente en una lamina de fase espiral (SPP) generadora de vortices opticos en cascada con la lente difractiva espiral (SDL) de la Figura 9B.

Figura 11A: muestra una vista frontal de la disposition mostrada en la Figura 10A.

Figura 11B: muestra una vista frontal de la disposition mostrada en la Figura 10B.

Figura 12A: muestra el resultado de “trocear” en secciones 2n, la disposition mostrada en la Figura 11A.

Figura 12B: muestra el resultado de “trocear” en secciones 2n, la disposition mostrada en la Figura 11B.

Figura 13A: muestra una estructura simplificada de 8 electrodos que se emplea para generar vortices con cargas topologicas de 1.

Figura 13B: muestra una estructura simplificada de 8 electrodos que se emplea para generar vortices con cargas topologicas de 2.

Figura 14A: muestra una lente difractiva con estructura simplificada de 8 electrodos para generar lentes difractivas de espiral (SDL) con cargas topologicas de 1.

Figura 14B: muestra una lente difractiva con estructura simplificada de 8 electrodos para generar lentes difractivas de espiral (SDL) con cargas topologicas de 2.

Figura 15A: muestra dos lentes difractivas de espiral en cascada, con cargas topologicas de 1 y -1.

Figura 15B: muestra dos lentes difractivas de espiral en cascada, con cargas topologicas de 2 y -2.

Figura 16A: muestra el resultado de asociar las lentes difractivas en espiral de la Figura 15A.

Figura 16B: muestra el resultado de asociar las lentes difractivas en espiral de la Figura 15B.

Figura 17A: muestra la asociacion en cascada de dos lentes difractivas en espiral distintas, con cargas topologicas de 1 y -1.

Figura 17B: muestra la asociacion en cascada de lentes difractivas en espiral distintas, con cargas topologicas de 2 y -2.

Figura 18A: muestra el resultado de asociar las lentes difractivas en espiral de la Figura 17A.

Figura 18B: muestra el resultado de asociar las lentes difractivas en espiral de la Figura 17B.

Figura 19A: muestra una estructura de lente difractiva en espiral como la mostrada en la Figura 14A, pero con un patron en espiral mas retorcido.

Figura 19B: muestra una estructura de lente difractiva en espiral como la mostrada en la Figura 14B, pero con un patron en espiral mas retorcido.

Descripcion detallada

La presente invencion se refiere, como ya se ha mencionado anteriormente, a un dispositivo optico configurable.

El dispositivo esta basado en un elemento optico o una pareja de elementos opticos (1) que, preferentemente, son celulas de LC con electrodos (4, 5) multiples.

Cada celula LC esta construida como una celula clasica de LC (ver Figura 1) con el LC (1.a) emparedado entre dos sustratos transparentes (1.b.1 y 1.b.2) con electrodos (4, 5) igualmente transparentes, y tratados con un agente o capa de alineamiento (1.d.1 y 1.d.2).

Cuando se aplica un campo electrico entre el contra-electrodo (5) o electrodo superior (tal como se muestra en las figuras) y el primer electrodo (4) o electrodo inferior (tal como se muestra en las figuras), el LC se alinea hasta un determinado punto que depende de la viscosidad del material, las fuerzas de anclaje de las capas superficiales (1.d.1 y 1.d.2), el espesor del LC (1.a) y la intensidad del campo electrico.

Para crear un perfil de conmutacion arbitrario se separa al menos uno de los electrodos en secciones (41), y se aplica el campo electrico adecuado entre cada seccion de electrodos (41) y contra-electrodo (5).

Las Figuras 2, 3 y 4 muestran tres estados de conmutacion diferentes que corresponden a tres tensiones de conmutacion distintas (V1<V2<V3) en un LC nematico positivo (2.a en Figura 2), un LC nematico negativo (3.a en Figura 3) y un LC en fase azul (4.a en Figura 4). En cada una de las figuras, las capas marcadas b, y d, asl como la capa de electrodos (4, 5), son analogas a las capas del elemento optico (1) en la Figura 1. El estado del LC se denota con las elipses (la elipticidad indica el grado de anisotropla) y la orientacion indica la orientacion macroscopica del eje optico.

Las capas de alineamiento (d) de las celulas nematicas (Figuras 2 y 3) estan acondicionadas para producir un alineamiento homogeneo en el caso de cristales llquidos con anisotropla dielectrica positiva (Figura 2) y homeotropico en el caso de cristales llquidos con anisotropla dielectrica negativa (Figura 3). Asl pues, la conmutacion del LC se produce en un plano perpendicular a los sustratos (en las figuras 2 y 3 en el plano del papel). Para el LC en fase azul, las capas de alineamiento (d en la Figura 4) no son imprescindibles.

En la Figura 5 se observa el efecto que los diferentes grados de conmutacion del LC nematico (Figuras 2 y 3) tienen sobre un haz incidente de luz linealmente polarizada en el mismo plano del papel. La luz incide desde un medio isotropo (5.I), atraviesa un medio anisotropo (5.II) y sale a un nuevo medio isotropo (5.III). Si las dimensiones de las secciones de los electrodos (41) son suficientemente pequenas, la luz se recombina en una direction ligeramente desviada de la direction incidente. Los trazos continuos horizontales, o casi horizontales, muestran la progresion del haz supuesto una onda incidente plana.

La Figura 6 muestra una situation identica a la Figura 5 en un dispositivo con LC en fase azul (6.II) como el descrito en la Figura 4. En este caso no se necesita que el haz incidente este polarizado.

Los dispositivos de la invencion se componen de un elemento optico (1) o varios elementos opticos (1) o celulas de LC montadas en cascada. Cada una de ellas introduce una distribution espacial de diferencias relativas de fase a un frente de onda incidente. La diferencia de fase inducida oscila entre 0 y una longitud de onda completa (A), equivalente a un rango de 0 - 360° o 0 - 2n radianes. Segun la forma de realization de la invencion que se trate, las celulas de LC pueden estar unidas o separadas una cierta distancia. En el segundo caso, las celulas pueden emular elementos opticos compuestos, como telescopios o expansores de haz.

Cada celula funciona de modo similar a una lente difractiva espiral (SDL, del ingles Spiral Diffractive Lens) o a una lamina de fase espiral (SPP, del ingles Spiral Phase Plate). En estas lentes en forma de laminas se aprovecha la equivalencia de fase entre retardos multiplos de 2n radianes, lo cual permite reducir el espesor optico del dispositivo en intervalos equivalentes a retardos 2n. La diferencia de fase se puede conseguir modificando el espesor flsico -una version microscopica de las conocidas lentes de Fresnel- o el Indice efectivo de refraction, como en los ejemplos mostrados en las Figuras 2, 3 y 4.

En la Figura 7 se observa un ejemplo de lente difractiva de fase (C), cuyo efecto sobre la fase es equivalente al de una lente gruesa (A). La lente esta troceada en secciones (B) cuyo espesor es A/(n1-n2), siendo n1 el Indice del material (tlpicamente vidrio, n1 «1.5) y n2 el indice del medio circundante (tipicamente aire, n2 «1.0).

La lente difractiva tiene una variation espacial de OLP de 0 a A, pero tiene el mismo funcionamiento, en primera aproximacion, que la lente gruesa de mucha mayor variacion de OLP.

El retardo de fase relativo, 5, entre diferentes zonas del frente de onda que se propaga por distintos puntos de la lente difractiva es (2n/A)^(n1-n2)^d, siendo d el espesor. Cada section produce retardos relativos, 5, entre 0 y 2n para espesores d entre 0 y A/(n1-n2).

En el caso mostrado en figura 7, la diferencia de retardo, o de OLP, proviene de que el frente de onda se propaga en diferentes proporciones en medios distintos (tlpicamente aire y la lente de vidrio o plastico).

Se puede conseguir la misma variation espacial de OLP con un dispositivo plano de caras paralelas en el que d es constante, pero donde exista una distribution espacial de Indices de refraction en secciones equivalentes a las mencionados anteriormente.

Aunque actualmente el material electrooptico mas facil de adaptar al dispositivo propuesto serla el LC conmutado por un campo electrico, se puede modificar el estado del LC mediante un campo magnetico, o calor, consiguiendo el mismo efecto.

Tambien existen materiales alternativos como el Niobato de Litio (LiNbO3), o llquidos que muestran efecto Pockels o Kerr, que son electro-opticos y cuyos Indices de refraccion se pueden variar o reorientar aplicando un campo electrico.

La presente invention se relaciona con un dispositivo optico formado por un elemento optico (1) reconfigurable, tlpicamente de LC, o varios elementos opticos (1) reconfigurables, tlpicamente de LC, en cascada, pegados uno a otro, o situados a una distancia determinada. Los elementos poseen ciertas propiedades opticas variables que pueden modificarse por control externo. Los elementos LC son lentes difractivas espiral (SDL) cuya carga topologica, y cuya distancia focal pueden ser reconfiguradas. La distancia focal del elemento puede ser disenada para ser finita o infinita. Si la distancia focal es infinita, la SDL se transforma en una lamina de fase espiral (SPP) como las que se muestran en la Figura 8. Las secciones de los electrodos (41) de estas laminas tienen forma de sectores circulares no espirales (figuras 13A y 13B); el nombre de la lamina SPP se refiere al perfil espiral que adopta el retardo de fase.

Las lentes difractivas espiral SDL de distancia focal finita se fabrican con celulas LC cuyas secciones de los electrodos (41) tienen forma de sectores espirales. Cada section (41) tiene un origen muy proximo al centro, y va ensanchando y rotando a medida que se aproxima a la zona perimetral externa. Todos las secciones de los electrodos (41) alcanzan la zona perimetral, de manera que pueden conectarse a la electronica de control externa por excitation directa con contactos independientes.

La forma espiral de las secciones de los electrodos (41) (ver figuras 14 A y 14B) determina la distorsion del frente de onda que se produce como resultado de la action de los dos elementos LC en cascada. El dispositivo de dos elementos LC en cascada es capaz de emular una lente difractiva de fase convencional (Figura 7C) con una fidelidad que depende del numero de secciones de los electrodos (41). Para emular exactamente una lente difractiva de fase ideal se necesitaria un numero infinito de elementos; cuanto mayor es el numero de secciones de los electrodos (41), mayor es la aproximacion conseguida.

A continuation se describen distintas formas de realization de la invention.

La primera de las realizaciones preferidas consiste en dos elementos en cascada.

En esta realizacion una de las celulas LC es una lamina de fase espiral (SSP), con un perfil de fase variable azimutal reconfigurable, como se muestra en las Figuras 8A y 8B. El sombreado mas oscuro corresponde a una diferencia de fase de cero radianes, mientras que la zona mas clara supone una diferencia de 2n radianes. Los patrones mostrados en las figuras corresponden a laminas de retardo que generan vortices opticos con una carga topologica de 1 (Figura 8A) y de 2 (Figura 8B). Los patrones mostrados en las figuras 8A y 8B son dos configuraciones del mismo elemento.

El otro elemento LC reconfigurable de esta realizacion posee una componente espiral formada por un numero de secciones de los electrodos (41) que se excitan a diferentes tensiones con el fin de generar un perfil de retardos de fase entre 0 y 2n radianes.

En la Figura 9A se muestra el elemento en una configuration de lente difractiva espiral, SDL, que introduce una variation de fase radial hiperbolica con una carga topologica 1; en la configuracion del mismo elemento en Figura 9B la variacion de fase radial es tambien hiperbolica, pero la carga topologica es 2 y la distancia focal es la mitad que la de la Figura 9A. En general, la carga topologica viene determinada por el numero de espirales mientras que la distancia focal es tanto menor cuanto mayor es el giro de cada espiral. Al igual que en el elemento anterior, el rango de escalas de gris muestra retardos que oscilan entre 0 (negro) y 2n radianes (blanco). Los patrones mostrados en las figuras 9A y 9B son dos configuraciones del mismo elemento.

En la Figura 10 se muestra la realizacion, consistente en una lamina de fase espiral (SPP) generadora de vortices opticos en cascada con una lente difractiva espiral (SDL). Se indica el eje central, que habitualmente coincide con el camino optico. Las dos configuraciones mencionadas aparecen en las Figuras 10A y 10B.

Poniendo en cascada la lamina de fase espiral de la Figura 8A con la lente difractiva espiral de la Figura 9A se genera un retardo de fase equivalente a la lamina de fase mostrada en la Figura 11A. Del mismo modo, la lamina de fase espiral de la Figura 8B junto con la lente difractiva espiral de la Figura 9B producen un retardo equivalente a la lamina de fase de la Figura 11B. Los retardos de fase de las Figuras 11A y B varlan entre 0 (negro) y 4n radianes (blanco).

Las distribuciones de la Figura 11 se pueden trocear en secciones 2n, aprovechando la equivalencia de fase entre retardos multiplos de 2n radianes, de manera analoga a la lente de la Figura 7A. Como resultado se obtienen las distribuciones de fase de la figura 12. Los retardos de fase de las Figuras 12A y B varlan entre 0 (negro) y 2n radianes (blanco).

Los dos mapas de diferencias de fase de la Figura 12 se corresponden con lentes difractivas de fase con una variacion de fase hiperbolica que subyace en la definicion de las lentes difractivas espiral (SDL) de la Figura 9. Los mapas, y en consecuencia las dos configuraciones, por lo tanto, corresponden a dos lentes difractivas de fase con diferentes focos.

Para emular las laminas de fase espiral generadoras de vortices opticos, que se mostraban en la Figura 8, se puede utilizar una geometrla de electrodos en secciones angulares (41) comun a ambas estructuras. La Figura 13 muestra una estructura simplificada de 8 secciones de electrodos (4) que se emplea para generar cargas topologicas de 1 (Figura 13A) y de 2 (Figura 13B). La escala de gris de la Figura 13 representa diferentes intensidades de campo electrico aplicadas a los electrodos. El campo aplicado es tanto mayor cuanto mas claro es el nivel de gris.

De igual modo, las estructuras de lentes difractivas espiral de la Figura 9 pueden asimismo aproximarse con una geometrla de secciones de los electrodos (41) comun, tal como se muestra en la Figura 14. Al igual que en el caso anterior, se utiliza una estructura simplificada de 8 secciones de los electrodos (41) para generar cargas topologicas de 1 (Figura 14A) y de 2 (Figura 14B). La escala de gris de la Figura 14 representa diferentes intensidades de campo electrico aplicadas a los secciones de los electrodos (41), con el fin de generar diferencias de fase equidistantes en las celulas de LC. El campo aplicado es tanto mayor cuanto mas claro es el nivel de gris.

El area activa de la Figura 14 se reduce a la zona espiral. La parte externa tan solo es una guia visual para observar las ocho secciones de electrodos (41) direccionados en ambas topologias y potencialmente puede ser la zona de conexion de las secciones de electrodos (41).

Combinando en cascada dos celulas LC, una con el patron de secciones de electrodos (41) de la Figura 13, y la otra con el patron de la Figura 14 se consigue un dispositivo que funciona como lente difractiva como las que se muestran en la Figura 12. La distancia focal puede variarse entre dos o mas valores, modificando las tensiones aplicadas a cada uno de las secciones de electrodos (4).

El numero de distancias focales diferentes que pueden conseguirse esta determinado por el numero de secciones de electrodos (4) que contienen ambos patrones. Asimismo, el numero de secciones de electrodos (4) establece la mayor o menor fidelidad con que el patron discreto de electrodos reproduce la variacion de fase analogica ideal. En los ejemplos de las figuras se han utilizado tan solo 8 electrodos por simplicidad. Los dispositivos reales de la invencion, en general, incluyen decenas o centenares de secciones de electrodos (41).

La segunda realization preferida esta formada por dos celulas LC con secciones de electrodos (41) que forman lentes difractivas espiral reconfigurables. Su caracteristica fundamental es que las celulas poseen cargas topologicas opuestas: una de ellas incrementa las diferencias de fase en sentido horario mientras que la otra las incrementa en sentido antihorario. Las dos lentes se disenan con la misma carga topologica y distancia focal. Las cargas topologicas se cancelan, por lo que la diferencia de fase resultante carece de momento angular. Se obtiene asi una lente difractiva que se comporta como las lentes difractivas convencionales, con la ventaja de ser reconfigurable y con el conexionado de las secciones de electrodos (41) en la zona del perimetro (3) o parte exterior, quedando la zona activa (2) o parte interior con su superficie de entrada y su superficie de salida libre y despejada de conexiones y componentes electronicos.

En la Figura 15 se muestran dos lentes difractivas espiral en cascada. Las lentes de la Figura 15A estan configuradas para tener cargas topologicas 1 y -1, mientras que las de la Figura 15B estan configuradas para tener cargas topologicas 2 y -2.

Asociando en cascada las lentes difractivas espiral de la Figura 15A, y troceando los mapas de diferencias de fase de salida en secciones de 2n, aprovechando la equivalencia de fase entre retardos multiplos de 2n radianes, producen una distribution de diferencias de fase (Figura 16A) analoga a la mostrada en la Figura 12. De igual modo, las lentes espiral de la Figura 15B generan la distribucion que se muestra en la Figura 16B.

De forma analoga a la primera realization preferida, ambas configuraciones de la Figura 16 pueden conseguirse con el mismo patron de secciones de electrodos (41) aplicando distintos campos electricos, como se muestra en la Figura 14.

Las dos celulas LC de la segunda realizacion preferida pueden ser identicas, siempre que en el montaje en cascada se voltee una de las celulas, enfrentando dos caras iguales de modo que el sentido de giro de la espiral se invierta, haciendo que el signo de la carga topologica sea opuesto en cada celula.

En la tercera realizacion preferida se emplean dos celulas LC reconfigurables en cascada configuradas con cargas topologicas opuestas, es decir, que incrementan la fase en sentido horario y antihorario respectivamente. Las celulas poseen secciones de electrodos (41) configurados como lentes difractivas espiral. A diferencia de la segunda realizacion preferida, las espirales no estan obligatoriamente ajustadas para generar la misma distancia focal, aunque el numero de espirales -y en consecuencia la carga topologica- sea el mismo. Asl pues, el haz de salida tendra un perfil de diferencias de fase sin ningun momento angular inducido.

Las dos realizaciones preferidas anteriores son casos particulares de esta. La primera realizacion serla un caso extremo en que una de las celulas LC es una lente difractiva espiral con distancia focal infinita, es decir, una lamina de fase espiral. La segunda es el caso en que la distancia focal de ambas lentes es igual.

En la Figura 17 se muestran lentes espiral distintas, con cargas topologicas iguales dos a dos aunque con signos opuestos. Cada una de las celulas posee distancia focal variable. La Figura 17A muestra dos celulas configuradas con cargas topologicas 1 y -1 respectivamente. Poniendo las lentes en cascada se produce una distribucion de diferencias de fase que, si se trocea en secciones 2n como las mostradas en la Figura 12, genera una lente difractiva espiral como la mostrada en la Figura 18A.

La Figura 17B muestra dos celulas configuradas con cargas topologicas 2 y -2 respectivamente. Poniendo las laminas en cascada se produce una distribution de diferencias de fase que, si se trocea en secciones 2n como las mostradas en la Figura 12, genera una lente de fase difractiva como la mostrada en la Figura 18B.

En esta tercera realization preferida, el patron de secciones de los electrodos (41) activos de las dos celulas LC es generalmente diferente. Por ejemplo, una de las celulas podrla tener un patron como el que se muestra en la Figura 14, mientras que la otra podrla tener otro patron diferente, mas retorcido, como el mostrado en la Figura 19. Las lentes espiral generadas por los elementos de la Figura 19, para cualquier carga topologica no nula, tienen una distancia focal inferior a las lentes equivalentes de la Figura 14.

En la cuarta realizacion preferida, las celulas LC que conforman el dispositivo no tienen obligatoriamente topologlas complementarias. Como consecuencia, la lente difractiva espiral equivalente sera una lamina con una carga topologica suma de las dos celulas. Esta realizacion puede tener aplicacion en sistemas donde la carga topologica sea irrelevante para su funcionalidad. Tambien resultana util en sistemas en los que interese mantener el punto singular central, caracterlstico de los haces luminosos con carga topologica; en tales casos, obviamente, la cancelation de cargas topologicas no resulta apropiada.

Las tres realizaciones preferidas anteriores son casos particulares de esta.

En la quinta realizacion preferida, se sustituyen el electrodo (5) continuo convencional o los patrones de electrodos convencionales que se han mencionado en esta invention para excitation del cristal llquido y generation consiguiente de diferencias de fase. Los electrodos se reemplazan por una matriz de polos resonantes interconectados. Estos polos resuenan tlpicamente en frecuencias de la region de las microondas (GHz o THz), tal y como se describe en WO 2012080532 A1. La estructura del dispositivo sigue siendo la misma, como la dibujada en Figura 1, y el dispositivo genera el mismo tipo de patrones de desfase como los mostrados anteriormente.

La diferencia fundamental esta en la interaction entre la onda electromagnetica y el dispositivo: El desfase no es la consecuencia de un retardo de la onda electromagnetica al pasar por un material de mdice variable, como en las realizaciones anteriores, sino la consecuencia de la interaccion entre la onda electromagnetica y dipolos (o secciones de electrodos) con frecuencias de resonancia variable. Variando la frecuencia de resonancia de un dipolo, o conjunto de dipolos, se varia el desfase que se introduce en la onda electromagnetica. La frecuencia resonante de un dipolo -y en consecuencia los retardos de fase introducidos por el dipolo- esta determinada por el estado de conmutacion del LC adyacente. Al igual que en la patente citada, el estado de conmutacion del LC se controla conectando los dipolos resonantes a una senal electrica AC de baja frecuencia y a la tension deseada.

En correspondencia con las realizaciones anteriores, todos los dipolos correspondientes a una section (41) de un electrodo (4) estan caracterizados exclusivamente por un unico estado de conmutacion del LC. Los dipolos estan interconectados y distribuidos en zonas equivalentes a los electrodos (4) mostrados anteriormente.

En todas las implementaciones mencionados anteriormente existe la posibilidad de situar los dos elementos opticos (1) o lentes a una distancia no nula.

Segun una sexta realization preferida, se colocan dos lentes difractivas espiral (SDL’s) a una distancia dada, de forma que la distancia focal de ambas lentes coincida. Cambiando la carga topologica de ambos elementos, y como consecuencia su distancia focal, se puede cambiar la posicion del punto de coincidencia de las distancias focales entre ambos dispositivos. De esta forma se puede generar un telescopio o un expansor de haz sintonizables, o dispositivos opticos mas complejos. Si se desea, se puede eliminar cualquier resto de carga topologica residual incluyendo un tercer elemento optico (1), por ejemplo, una lamina de fase espiral.

La septima forma de realizacion preferida es la implementation mas simple de todas, pero unicamente puede aplicarse en aquellos entornos en los que la carga topologica del haz de salida es irrelevante. Tal podria ser el caso de una lente intraocular como la de US 005408281 A. La realizacion consiste en un solo elemento, con el diseno espedfico de electrodos descrito anteriormente, y su eventual aplicacion como dispositivo de focalizacion, especlficamente a la generation de lentes con foco reconfigurable representa una aportacion innovadora.

Los dispositivos LC poseen generalmente un patron de secciones de electrodos (41) en un primer electrodo (4) (o primera placa) de la celula y un contra-electrodo (5) o electrodo continuo en la parte opuesta de la celula; este contra-electrodo (5) (o segundo electrodo) se conoce como plano de masa y se muestra continuo en las Figuras 2, 3 y 4.

La octava realizacion preferida es una variacion de los elementos de las realizaciones anteriores, menos la quinta. La diferencia radica en que el contra-electrodo (5) de uno o varios elementos esta dividido en secciones (41) igual que el primer electrodo (4) en el mismo elemento optico (1) (Figuras 2, 3 y 4). Pero el patron de secciones en el contra-electrodo (5) es distinto del patron de secciones (41) en el primer electrodo (4).

De esta manera, uno de los electrodos (4 o 5) podrla tener el patron correspondiente a una lente espiral como la de la Figura 14, mientras que el otro electrodo (5 o 4) contiguo de la misma celula podrla tener el patron correspondiente a la lente espiral de la Figura 19.

Si se dispone de dos patrones de electrodos (4 y 5) en la misma celula, se puede elegir por direccionamiento que estructura de lentes espiral reconfigurables se activa, dejando la espiral del contra-electrodo (el electrodo (5 o 4)) de la celula con todas sus secciones interconectados entre si a la misma tension.

En una novena realization preferida se llena uno o varios elementos con un cristal llquido polimerizable. Esto permite sintonizar los dispositivos con campo electrico y curarlos mientras se aplica el campo electrico (habitualmente mediante luz UV), con lo que se obtendrla un perfil de lente fijo, una vez polimerizado el cristal llquido. Una vez polimerizado el LC, la lente puede ser extralda de su celula como una lente extremadamente fina, con lo cual los electrodos (4 y 5) en esta realizacion no son necesariamente transparentes.

Esta realizacion representa una manera innovadora de fabrication de lentes fijas, con o sin carga topologica, que pueden ser utilizadas en asociacion con otros elementos opticos fijos o ajustables.

La forma de las secciones (41) de los electrodos (4) o de ambos electrodos (electrodos y contra-electrodos), en uno o en varios elementos LC, determina las caracterlsticas de la lente, tanto en lo referente a su distancia focal nominal como en sus aberraciones esfericas. Resulta trivial generar lentes con perfil hiperbolico, esferico o cualquier otro perfil cuadratico, o axicones; resulta incluso posible introducir aberraciones esfericas o de otro tipo disenando las secciones de los electrodos adecuadamente.

Asl pues, el proceso para disenar los primeros electrodos (4) o electrodos activos es el siguiente:

• Se define la lente con el perfil deseado, incluyendo aberraciones si es el caso.

• Se trocea esta lente en secciones 0 - 2n, correspondientes a una lente difractiva.

• Se sustrae de esta lente difractiva una lamina de fase espiral configurada como vortice optico de la topologla deseada.

• Se vuelve a trocear la lente espiral difractiva resultante en intervalos 0 - 2n.

• Se discretiza la variacion analogica segun el numero de numero de secciones discretas (41) que se vayan a emplear.

• Cada una de las secciones discretas (41) se extiende desde la periferia de la celula LC hasta el centro (la seccion puede ser continua o un conjunto dipolos).

• Se define por cada seccion discreta (41) una zona de contacto fuera de la zona activa.

• Se fabrican los dos electrodos y se tratan con un agente o capa de alineamiento adecuado.

• Se ensambla la celula con al menos uno, o potencialmente dos electrodos (4 y 5) con los patrones disenados.

• Se llena la celula con el cristal llquido deseado, que posea la birrefringencia adecuada, y se sella.

• Se realiza el conexionado electrico adecuado al numero de electrodos.

• Se monta, si es relevante, en cascada con otra celula fabricada de modo similar, aunque ni las lentes difractivas espiral ni las laminas de fase espiral generadoras de vortices opticos han de ser necesariamente iguales.

El resultado es un elemento LC o varios elementos LC reconfigurables que funcionan en asociacion, donde cada uno de los cuales y el conjunto debe considerarse como una lamina difractiva espiral con su propia carga topologica y perfil lenticular, que puede ser reconfigurado.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo optico configurable caracterizado por que comprende un elemento optico (1) configurable con una zona activa (2) constituida por una superficie de entrada y una superficie de salida para haces de luz y una zona de perlmetro (3), donde el elemento optico (1) comprende al menos un primer electrodo (4) transparente dividido en secciones (41) y al menos un contra-electrodo (5) transparente, donde el elemento optico (1) dispone de conexiones electricas para los electrodos (4, 5) y/o secciones (41), estando situadas dichas conexiones electricas en la zona de perlmetro (3) del elemento optico (1), donde el dispositivo esta configurado para que, mediante la aplicacion de diferencias de potencial entre cada seccion (41) del primer electrodo (4) y el contra-electrodo (5), se generen campos electricos que hagan variar selectivamente el grado de conmutacion del elemento optico (1) respectivamente en zonas correspondientes a las secciones (41) del primer electrodo (4), generandose asl un perfil de camino optico, que configura una determinada carga topologica y un determinado enfoque de un haz de luz incidente, segun el patron de campos electricos aplicados a las secciones (41) del primer electrodo (4), donde el dispositivo esta configurado para que mediante la aplicacion de un primer patron adecuado de campos electricos, el perfil del camino optico del elemento optico (1) corresponda al de una lente difractiva en espiral con una primera distancia de enfoque y una primera carga topologica, y para que mediante la aplicacion de un segundo patron adecuado de campos electricos, el perfil del camino optico del elemento optico (1) corresponda al de una lente difractiva en espiral con una segunda distancia de enfoque y una segunda carga topologica.

2. Dispositivo optico configurable segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el contra-electrodo (5) esta tambien dividido en secciones, y consecuentemente ambos electrodos (4, 5) estan configurados tanto para presentar potenciales electricos distintos en cada seccion, como para presentar potenciales electricos iguales en cada seccion, y donde la distribucion de secciones del primer electrodo (4) es diferente de la distribution de secciones del contra-electrodo (5), permitiendo asl que el dispositivo pueda ser reconfigurado para crear dos juegos independientes de perfiles de camino optico, que cambia la carga topologica y el enfoque de un haz de luz incidente en distintas maneras.

3. Dispositivo optico configurable segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende un primer elemento optico (1) y un segundo elemento optico (1) colocados en cascada con el primer elemento optico (1), donde el primer elemento optico (1) tiene su contra-electrodo (5) sin divisiones en secciones, y donde el segundo elemento optico (1) tiene su contra-electrodo (5) dividido en secciones.

4. Dispositivo optico configurable segun la reivindicacion 1, caracterizado por que comprende dos elementos opticos (1) colocados en cascada.

5. Dispositivo optico configurable segun la reivindicacion 2, caracterizado por que comprende dos elementos opticos (1) colocados en cascada.

6. Dispositivo optico configurable segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material de conmutacion en uno o varios de los elementos opticos (1) es un cristal llquido.

7. Dispositivo optico configurable segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material de conmutacion en uno o varios de los elementos opticos (1) es un cristal llquido polimerizable.

8. Dispositivo optico configurable segun cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado por que esta configurado para que, mediante la aplicacion de los correspondientes campos electricos, el perfil de camino optico de los elementos opticos (1) adyacentes colocados en cascada corresponda al de lentes difractivas en espiral.

9. Dispositivo optico reconfigurable segun cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado por que esta configurado para que, mediante la aplicacion de los correspondientes campos electricos, el perfil de camino optico de los elementos opticos (1) adyacentes colocados en cascada corresponda al de laminas de fase espiral.

10. Dispositivo optico configurable segun cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado por que esta configurado para que, mediante la aplicacion de los correspondientes campos electricos, el perfil de camino optico de al menos uno de los elementos opticos (1) adyacentes colocados en cascada corresponda al de un lente difractiva en espiral y que el perfil de al menos uno de los restantes elementos opticos (1) adyacentes colocados en cascada corresponde al de una lamina de fase espiral.

11. Dispositivo optico configurable segun la reivindicacion 8, caracterizado por que dos lentes difractivas en espiral estan posicionadas en cascada, con una determinada distancia de separacion entre ellas, de manera que la distancia focal de ambas lentes coincida, lo que permite que funcionen como telescopio o expansor de haz sintonizables, variando la carga topologica y enfoque de las lentes, aplicando los patrones adecuados de campos electricos a las secciones de los electrodos de los elementos.

12. Dispositivo configurable segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que uno de los electrodos (4, 5) incluye estructuras con frecuencias de resonancia electromagnetica variables segun el estado de conmutacion del cristal llquido adyacente.

13. Metodo de fabrication de un dispositivo optico configurable, caracterizado por que comprende:

- disponer al menos dos elementos opticos (1), segun las reivindicaciones 1 y/o 2, dispuestos en cascada;

- aplicar un patron de diferencias de potencial entre las secciones (41) del primer electrodo (4) y el contra-electrodo (5) de cada elemento optico (1), produciendose as! un campo electrico que haga variar el perfil de conmutaciones y en consecuencia el perfil del camino optico del elemento optico (1), lo cual cambia la carga topologica de un haz de luz incidente.

14. Metodo de fabricacion de un dispositivo optico configurable segun la reivindicacion 13, caracterizado por que los elementos opticos (1) emplean cristal llquido como material electrooptico.

15. Metodo de fabrication de un dispositivo optico configurable segun la revindication 14, caracterizado por que los elementos opticos (1) emplean cristal llquido polimerizable como material electrooptico y donde el procedimiento comprende curar el cristal llquido polimerizable, obteniendose un dispositivo difractivo con un perfil de variation de fase fijo o parcialmente sintonizable.

16. Metodo de fabrication de un dispositivo optico configurable segun cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado por que comprende aplicar un campo electrico entre los electrodos (4, 5) de dos elementos opticos (1) adyacentes colocados en cascada creando un perfil de conmutaciones de los dos elementos opticos (1) adyacentes correspondiente al de dos lentes difractivas en espiral.

17. Metodo de fabrication de un dispositivo optico configurable segun la revindication 16, caracterizado por que comprende posicionar ambas lentes difractivas en espiral en cascada, con una determinada distancia de separation entre ellas, de manera que la distancia focal de ambas lentes coincida, lo que permite que funcionen como telescopio o expansor de haz sintonizables, variando la carga topologica de las lentes.