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Desarrollan nueva forma de crear haces adifraccionales

Karina Maldonado Portillo
11/sep/2012

Muchas de las aplicaciones de los láseres, para medicina o computación cuántica especialmente, no serían posibles sin lo que se conoce como haces adifraccionales, el tema de la charla de Roland Terborg, el pasado 20 de agosto, como parte del Seminario de Estudiantes del Instituto de Física, titulada "Campos ópticos invariantes ante propagación y su flujo de energía".

Una de las propiedades más estudiadas de la luz es la difracción, un fenómeno que ocurre cuando las ondas se curvan al enfrentarse a algún obstáculo. La difracción es la causante de que el haz se ensanche cuando se propaga a través del aire y provoca que la intensidad del haz disminuya. Pero en 1987 se descubrió que existen haces de luz que no presentan la propiedad de difracción, los llamados adifraccionales, también conocidos como haces invariantes.

“Los campos ópticos invariantes ante propagación (COIP) son haces cuyo perfil de intensidad no cambia cuando se propaga”, explicó el también estudiante de maestría durante el seminario.

En el Instituto de Física, Roland Terborg ha creado, como parte de sus trabajos de licenciatura y maestría, un tipo específico de COIP's (haces Mathieu) a través de un Modulador Espacial de Luz (Special Ligth Modulator o SLM), el cual es una pantalla de cristal líquido de 3x3 cm que funciona como dispositivo electro-óptico que permite que “el haz se produzca en el mismo eje de propagación”.

En el equipo montado se coloca un holograma que hace que cada pixel realice un retraso en la fase –valor numérico-. El haz llega a la lente y ésta lo enfoca. Asimismo se utiliza un filtro angular para quitarle los elementos que puedan no ser necesarios; posteriormente el haz se reconstruye con otra lente y por último se capta la imagen final del haz.


Diagrama que muestra el dispositivo para generar los COIP's. SLM: Modulador Espacial de Luz. PMO: Placa de Media Onda. P: Polarizador. L1 y L2: Lentes.

A través del SLM es posible cambiar la fase –determinación de un valor numérico- de los distintos puntos del haz que inciden en la pantalla mientras que está activo, lo que permite tener más posibilidad de manipularlo y de mantenerlo en el mismo eje de propagación.

Aunque en el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica desarrollaron un trabajo similar (con algunas diferencias en el tipo de modulación), la principal aportación de Terborg es producir haces elípticos como los haces Mathieu con este nuevo método, y poder verlos en imagen real –y video, incluso- por la pantalla en la que se despliega el holograma que forma parte del SLM.


Haces obtenidos con el arreglo experimental de Terborg.

Los haces invariantes tienen aplicaciones en diferentes áreas de la física. En particular, una de las aplicaciones de los haces Mathieu es el método de la micromanipulación, a través del cual se enfoca el haz a una muestra donde hay partículas de dimensiones nanométricas o de micras y con eso puede hacerse atrapamiento, un procedimiento conocido como pinzas ópticas o trampas para átomos.

En ese sentido, para Terborg, una de las mayores dificultades de su trabajo fue manejar el Modulador Espacial de Luz pues este puede propiciar un “camino óptico diferente”. Al aplicar un voltaje para lanzar el láser, la molécula que se pretende atrapar gira y recorre una distancia mayor, lo cual puede provocar un cambio en la fase. Si el SLM no está calibrado adecuadamente, la molécula no rotará de la forma deseada, ya que tendrá propiedades que no son las que requiere el experimento.

De acuerdo con Terborg, el atrapamiento de átomos tiene aplicaciones en el desarrollo de la computación cuántica aunque también en procedimientos médicos como la fertilización asistida. Por ejemplo, si el óvulo tiene una pared muy gruesa que impide la fecundación, es posible utilizar el láser para hacer un orificio (un procedimiento que se denomina microablación). Una vez perforada la pared celular y utilizando otra pinza atrapan un espermatozoide y lo ponen en donde está el orificio. Son este tipo de operaciones en las que se necesitan pinzas ópticas a microescala.