MADRID, 31 Jul. (EUROPA PRESS) -
Un nuevo diseño de lente óptica exhibe dos propiedades que hasta ahora no se habían mostrado juntas: auto-enfoque y un efecto óptico llamado efecto Talbot que crea patrones repetitivos de luz.
Sus artífices han mostrado que la combinación de estas dos propiedades se puede utilizar para transferir una señal digital codificada sin pérdida de información, lo que tiene aplicaciones potenciales para la realización de sistemas de comunicación óptica altamente eficientes.
Los científicos, Xiangyang Wang y Hui Liu de la Universidad de Nanjing, Huanyang Chen en la Universidad de Xiamen, junto con sus coautores, han publicado un artículo sobre la nueva lente, llamada "lente conformal", en un número reciente de Physical Review Letters.
Este tipo de lente conformal, que también se conoce como lente de Mikaelian, surgió del campo de la óptica de la transformación, que se basa en la idea que las lentes pueden dirigir luz en analogía con cómo la geometría curvada del espacio-tiempo dobla la luz en la relatividad general.
El objetivo principal del estudio fue diseñar una lente conformal que funcione simultáneamente en dos regímenes diferentes: el régimen de la óptica de la geometría, en el cual la luz es tratada como una partícula, y el régimen de la óptica de la onda, que también explica las propiedades ondulatorias de la luz.
Trabajar en ambos regímenes es un reto porque los dos regímenes tienen dos requisitos aparentemente opuestos para el tamaño de las longitudes de onda de trabajo. Por un lado, las longitudes de onda de trabajo deben ser mucho más pequeñas que el tamaño de la lente, pero al mismo tiempo deben ser más grandes que las unidades básicas que componen la lente.
Para abordar este desafío, los investigadores comenzaron con una lente de ojo de pez de Maxwell, que se remonta a la década de 1850, como base para la lente conformal. Explicaron que intentar realizar una lente con las propiedades deseadas usando la óptica de transformación convencional es muy desafiante, en parte debido a sus demandas en un medio tridimensional. Por otro lado, la óptica de transformación conformal coloca las demandas en un medio bidimensional, lo que facilita los requerimientos de fabricación.
"Aunque la óptica de transformación puede usarse para diseñar muchos dispositivos ópticos novedosos, suele ser muy difícil de usar en sistemas prácticos, especialmente en el régimen visible", dijo Liu a Phys.org. "En nuestro trabajo, hemos establecido una plataforma de experimentación factible para obtener dispositivos ópticos de transformación de conformación".
Después de construir la lente conformal, los investigadores demostraron que la lente exhibe tanto el autoenfocamiento, que es una propiedad de la óptica geométrica, y el efecto Talbot, que es una propiedad de la óptica ondulatoria. De esta manera, el dispositivo conecta los dos dominios distintos de la óptica de la geometría y la óptica de la onda.
Lo más interesante para las aplicaciones potenciales es que el efecto Talbot conformal mostrado aquí es muy diferente del efecto Talbot común en otros medios debido a la propiedad autoenfocadora adicional. Una de las mayores diferencias es que, a diferencia del efecto Talbot ordinario que experimenta la difracción de límites, el efecto conformal de Talbot no.
Como resultado de su falta de difracción, el efecto Talbot conformal puede ser usado para transferir patrones ópticos codificados a largas distancias con una muy pequeña cantidad de distorsión. Los investigadores esperan que esta capacidad podría conducir a un método altamente eficiente de transferencia de información digital en futuros sistemas de comunicación óptica de alta velocidad sin pérdida de información.
"Podemos enviar una corriente de dígitos ópticos '0' y '1' por comunicación paralela, que es mucho más rápida que la comunicación en serie usada en guías de onda óptica regulares o fibras ópticas", dijo Liu. "El efecto Talbot conforme puede ayudar a reducir los errores de transmisión debido a sus propiedades no difractivas y un buen auto-enfoque de los patrones de campo".
En el futuro, los investigadores planean explorar varias aplicaciones potenciales de la óptica de transformación conformal, como el diseño de nuevos chips fotónicos integrados que pueden transportar y procesar información en circuitos micro-ópticos. Estos "chips fotónicos conformales" pueden un día ser utilizados en futuros ordenadores cuánticos.
"Esperamos que la óptica de transformación conformal pueda ser usada en simuladores cuánticos y computadoras cuánticas en el futuro", dijo Chen. "También planeamos imitar los efectos cuánticos en el espacio curvo de la relatividad general usando la óptica de transformación conformal, como el horizonte de un agujero negro y la radiación Hawking".
