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La luz constituye uno de los objetos de estudio que más ha intrigado a la humanidad, no solo desde el punto de vista fundamental, sino también por la gran cantidad de aplicaciones a que ha dado lugar. En particular, el fenómeno de polarización, asociado a la dirección de oscilación del campo eléctrico de la luz, con una historia de más de cuatro siglos de estudio.
Este fenómeno, aunque no lo notemos, es parte de nuestra cotidianeidad, por ejemplo, la luz solar que llega a nuestros ojos por medio de reflexión está parcialmente polarizada y es por eso que utilizamos gafas polarizadas para eliminar esa componente polarizada que molesta nuestra visión. Las películas en tres dimensiones que se proyectan a menudo en los cinemas, constituyen otro ejemplo del potencial que tiene la polarización en aplicaciones, en este caso para el entretenimiento.
De forma relevante, el concepto de polarización se ha llevado, desde hace algunos años, a un contexto mucho más generalizado, el de haces de luz con patrones de polarización no homogéneos. Este ha despertado el interés general de la comunidad científica, no solo en el campo de la óptica, sino también en áreas tan distintas como la microscopía o las telecomunicaciones. Dichos haces se generan como una superposición no separable de los grados de libertad espacial (la forma del haz) y la polarización, dando lugar a haces con patrones de polarización exóticos, a los que se ha denominado haces vectoriales.
En el campo de la microscopía este tipo de haces ha permitido, por ejemplo, el desarrollo de técnicas de súper resolución que nos han permitido observar detalles estructurales con resoluciones imposibles de alcanzar con microscopios convencionales, un descubrimiento que culminó en el premio nobel de química en 2014, otorgado a Eric Betzig, Stefan W. Hell y William E. Moerner por la microscopía fluorescente de alta resolución (STED, por sus siglas en inglés). En el campo de las telecomunicaciones, dichos haces proporcionan una alternativa para el envío de información a mayores velocidades, con el objetivo de eventualmente reemplazar los sistemas de comunicación actuales y satisfacer la creciente demanda de la sociedad por mejorarlos.
Dada la importancia que ha despertado el uso de haces vectoriales, las investigaciones recientes se han centrado en el estudio de dichos haces en medios que ofrecen resistencia a su propagación. Tal es el caso de la atmósfera terrestre, en donde los cambios de temperatura continuos, derivados por ejemplo de las corrientes de aire, ocasionan que los haces convencionales se distorsionen en propagación. Otro ejemplo en donde dichos haces se ven afectados es la propagación dentro del agua, de gran utilidad, por ejemplo, para establecer un sistema de comunicaciones subacuático. Como último ejemplo, y quizá uno más cercano al lector, podemos mencionar su propagación a través de la piel, en particular en la detección de enfermedades subcutáneas, ya que la luz que regresa después de haber interactuado con el tejido humano, contiene información relevante acerca del mismo.
Hasta ahora, los resultados reportados aportan evidencias contradictorias que demuestran, por un lado, que la estructura vectorial de dichos haces es más resistente a las perturbaciones en este tipo de medios, pero existen también evidencias que demuestran lo contrario.
En un artículo reciente publicado en la revista “Nature Photonics”, el Dr. Carmelo Rosales-Guzmán del Centro de Investigaciones en Óptica, A.C. (CIO), junto con un equipo de colaboradores de Escocia y Sudáfrica aportan información nueva que permite resolver este debate a favor de que los haces vectoriales son más resistentes a la propagación en medios como la turbulencia atmosférica o el agua.
Dichos resultados son invaluables para la comunidad científica que trabaja con haces vectoriales y sus aplicaciones, principalmente por dos razones.
Favoreciendo el uso de estos haces en nuevas aplicaciones, por ejemplo, en el campo de la medicina en donde los haces que comúnmente se utilizan para estudios subcutáneos, inmediatamente se distorsionan al adentrarse en la piel, los haces vectoriales podrían adentrarse en la piel a mayores profundidades. El campo
iones en el espacio libre también se vería beneficiado con el uso de esto haces, ya que son más robustos a los cambios inducidos por el medio en el que se propagan. Por otro lado, estos resultados ponen fin a un paradigma fundamental en la óptica que de alguna forma limitaba el estudio de nuevos tipos de haces vectoriales, dando lugar a su desarrollo, no solo de nuevos tipos de haces vectoriales, además al desarrollo de nuevas técnicas de generación.
A manera de conclusión, el descubrimiento de que los haces vectoriales son más resistentes a las perturbaciones, traerá consigo el mejoramiento y desarrollo de nuevas aplicaciones que en un futuro no muy lejano impactarán de manera directa e indirecta en la sociedad. Los arriba mencionados son algunos, pero indudablemente surgirán nuevas aplicaciones que utilicen esta propiedad inherente a los haces vectoriales.
* Investigador del CIO
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