Noticio

En años recientes y debido a los avances tecnológicos, se ha vuelto común la manipulación de propiedades de la luz tales como su forma espacial y/o polarización para generar haces de luz con nuevas propiedades. Esto ha dado origen a un nuevo campo de investigación que se dedica a la generación, caracterización y aplicaciones de estos haces, el cual se está consolidando rápidamente como una rama de la óptica moderna. A diferencia de un haz Gaussiano, estos haces de luz se caracterizan por tener un perfil de intensidad que puede tomar formas exóticas. Aunado a esto, también es posible hacer ingeniería con la polarización de la luz, para ello, se utilizan técnicas modernas que hacen posible la generación de haces con una distribución transversal de polarización no homogénea, a los cuales también se conoce como estados clásicamente-enredados. El término genérico que se ha popularizado para referirse a este tipo de haces es: haces estructurados.

Los haces estructurados tienen propiedades únicas derivadas tanto de su forma espacial como de su distribución de polarización, las cuales han despertado el interés general debido a la gran variedad de aplicaciones que pueden originar en campos tan diversos como las comunicaciones ópticas, pinzas ópticas, microscopia de alta resolución o metrología óptica, por mencionar solo algunas.

En el campo de la metrología óptica, por ejemplo, la luz estructurada y en particular los haces escalares con frentes de onda helicoidal, permitieron en años recientes desarrollar una técnica innovadora con la capacidad de medir de forma directa la componente de velocidad transversal. Esta técnica también ha permitido medir de forma directa la vorticidad en los fluidos, su tendencia a rotar. Anteriormente ambas mediciones solo se podían hacer de forma indirecta.

En el campo de las telecomunicaciones, desde hace varios años se está explorando el uso de luz estructurada para aumentar la velocidad y seguridad con la que se transmite la información. Para ello se está explorando una técnica conocida como Mode División Multiplexing (MDM) que consiste, en esencia, en utilizar cada uno de los distintos haces estructurados como un canal para codificar y enviar información. En cuanto a la seguridad, la mecánica cuántica juega un papel importante ya que permite la codificación de información utilizando principios físicos imposibles de violar, implementada a través de lo que se conoce como quantum key distribution. El uso de luz estructurada juega aquí un papel importante ya que esta proporciona una herramienta poderosa para aumentar la seguridad.

En el campo de las manipulaciones ópticas, ya desde finales de la década de los 90´s se empezaron a utilizar haces estructurados para el confinamiento y manipulación de micro- y nano-partículas a lo largo de trayectorias arbitrarias en dos y tres dimensiones. Estos experimentos fueron cruciales para demostrar la conversión de momento angular óptico a momento angular mecánico. En años recientes, el uso de haces con polarización no homogénea ha dado un giro total al campo de las manipulaciones ópticas, ya que a través de ellas se pueden controlar las fuerzas ópticas que se ejercen en los microorganismos

Finalmente, en el campo de la microscopia, es bien sabido que la resolución de los microscopios ópticos está limitada naturalmente por las propiedades difractivas de la luz. De esta forma un microscopio óptico no permite observar detalles estructurales por debajo de la longitud de onda dividida por dos (200 nm). La principal limitante radica en que existe un limite fundamental en el tamaño al que se puede reducir un haz Gaussiano. Este límite fue superado a mediados de la década de los 90´s por Hell y Wichmann por medio del uso de haces estructurados de forma anular. En dicha técnica, denominada Stimulated Emission Depletion (STED) microscopy, en esencia se disminuye el tamaño de la región iluminada de forma artificial, utilizando como principio físico la respuesta no-lineal de marcadores biológicos fluorescentes conocidos como fluoroforos, permitiendo obtener detalles estructurales por debajo de 50 nm. Aunque esta técnica es bastante conocida, avances recientes han demostrado que el uso de haces vectoriales, en particular haces radialmente polarizados, permiten alcanzar resoluciones por debajo de las ya establecidas