¿Puede la propia luz proyectar sombras? Puede parecer un rompecabezas filosófico, pero los investigadores han descubierto que, bajo ciertas condiciones, un rayo láser puede actuar como un objeto opaco y proyectar una sombra. El descubrimiento desafía la comprensión tradicional del sombreado y abre nuevas posibilidades para la tecnología que puede utilizar un rayo láser para controlar otro rayo láser.
“Anteriormente se pensaba que la luz láser que proyecta sombras era imposible porque la luz generalmente pasa a través de otra luz sin interacción”, dijo el líder del equipo de investigación Raphael A. Abraham también es del Laboratorio Nacional Brookhaven, anteriormente en la Universidad de Ottawa. “Nuestra demostración de un efecto óptico muy contrario a la intuición nos invita a repensar nuestra percepción de las sombras”.
En ópticoEn la revista de investigación de alto impacto de Optica Publishing Group, los investigadores describen cómo utilizaron un cristal de rubí y longitudes de onda láser específicas para demostrar que un rayo láser puede bloquear la luz y crear una sombra visible debido a un proceso óptico no lineal. Este efecto se produce cuando la luz interactúa con un material de manera dependiente de la intensidad y puede afectar a otro campo óptico.
“A medida que nuestra comprensión de la luz y la óptica evolucionó, también lo hizo nuestra comprensión de las sombras”, dice Abrahao. “Este nuevo hallazgo podría resultar útil en una variedad de aplicaciones como la conmutación óptica, dispositivos donde la luz controla la presencia de otra luz o tecnologías que requieren un control preciso de la transmisión de la luz, como los láseres de alta potencia”.
Una conversación durante el almuerzo genera ideas
La nueva investigación es parte de una exploración más amplia de cómo un haz de luz interactúa con otro haz de luz en condiciones especiales y procesos ópticos no lineales. La idea comenzó durante una conversación durante el almuerzo cuando se señaló que algunos esquemas experimentales creados con software de visualización 3D representaban la sombra de un rayo láser porque lo trataban como un cilindro sin tener en cuenta la física de un rayo láser. Algunos científicos se preguntan: ¿se puede hacer en un laboratorio?
“Una divertida discusión durante el almuerzo condujo a una conversación sobre la física de los láseres y la respuesta óptica no lineal de la materia”, dijo Abrahao. “A partir de ahí decidimos realizar un experimento para demostrar el efecto de sombra de un rayo láser”.
Para ello, los investigadores apuntaron con un láser verde de alta potencia a través de un cubo hecho de cristal de rubí estándar y lo iluminaron lateralmente con un láser azul. Cuando el láser verde entra en el rubí, cambia localmente la respuesta del material a las longitudes de onda azules. El láser verde actúa como un objeto normal mientras que el láser azul actúa como iluminación.
La interacción entre las dos fuentes de luz produjo una sombra en una pantalla que era visible como un área oscura donde el láser verde bloqueaba la luz azul. Cumplía todos los criterios de una sombra porque era visible a simple vista, seguía los contornos de la superficie sobre la que caía y seguía la posición y forma del rayo láser, actuando como un objeto.
El efecto de sombra del láser es consecuencia de la absorción óptica no lineal del rubí. El efecto se produce porque el láser verde mejora la absorción óptica del rayo láser de luz azul, creando una región coincidente en la luz iluminada con baja intensidad óptica. El resultado es un área oscura que aparece como una sombra del rayo láser verde.
Medición de sombras
“Este descubrimiento amplía nuestra comprensión de las interacciones luz-materia y abre nuevas posibilidades para utilizar la luz en formas que no habíamos considerado antes”, dijo Abrahao.
Los investigadores midieron experimentalmente la dependencia del contraste de la sombra con la potencia del rayo láser y encontraron un contraste máximo de aproximadamente el 22%, similar al contraste de la sombra de un árbol en un día soleado. También desarrollaron un modelo teórico y demostraron que puede predecir con precisión el contraste de las sombras.
Los investigadores dicen que desde un punto de vista técnico, el efecto que demostraron muestra que la intensidad de un rayo láser transmitido se puede controlar aplicando otro láser. A continuación, planean investigar otros materiales y otras longitudes de onda láser que podrían producir efectos similares.