La experiencia cotidiana nos dice que la luz reflejada en un espejo perfectamente plano nos dará la imagen correcta sin distorsión. Curiosamente, este no es el caso cuando el campo luminoso en sí está estructurado de forma compleja. Se producen distorsiones menores. Investigadores de la Universidad de Temper hicieron esta observación por primera vez en el laboratorio. Los resultados confirman las predicciones sobre este efecto óptico fundamental realizadas hace más de una década. También muestran cómo se puede utilizar, por ejemplo, como método para determinar las propiedades de los materiales.
La luz es una onda. Aunque los científicos conocen esta afirmación general desde hace más de un siglo, los investigadores de óptica y fotónica descubren y exploran periódicamente nuevas propiedades y aplicaciones de las ondas de luz. En la Universidad de Tempe, el Grupo Experimental de Óptica Cuántica (EQO) estudia las sutilezas de la forma (o estructura, como a menudo se la llama) de la luz. Desde los fundamentos de la física cuántica hasta los avances en la ciencia de la información y la comunicación óptica, la estructura de la luz se ha convertido en un tema importante en la óptica moderna.
En su último trabajo, los investigadores demostraron que la forma de un haz de luz se distorsiona ligeramente cuando se refleja en un objeto perfectamente plano, como un espejo. Aunque la deformación es muy pequeña, conlleva información importante sobre el objeto, como por ejemplo el material del que está hecho. Este llamado efecto de catástrofe topológica, predicho por investigadores del Reino Unido hace una década, se ha observado ahora por primera vez.
“Aunque el concepto general de observar una distorsión parece bastante simple, nos llevó más de un año perfeccionar nuestro experimento y ajustar la teoría básica para distinguir el efecto de todas las demás distorsiones del haz natural para la investigación experimental”, explica el profesor asociado Robert Fickler. Líder de grupo del equipo EQO.
Vórtice de luz y oscuridad
Con los recientes avances tecnológicos en forma de ondas luminosas, el campo de la luz estructurada ha crecido en las últimas décadas. Gran parte del interés en este campo se debe a las llamadas ondas de luz curvadas, que no sólo viajan a la velocidad de la luz, sino que también giran a medida que viajan.
“Lo intrigante de estos campos de luz curvos es que hay puntos en ellos que son completamente oscuros, vórtices ópticos como los llamamos, como vórtices de agua que en sí mismos no tienen agua. Lo que hicimos fue observar cómo estos vórtices se entrelazan y se mueven. Cuando el haz interactúa con un objeto plano y lo que podemos aprender de este movimiento”, añadió Rafael Barros, investigador postdoctoral de la Academia, autor principal del estudio.
La dinámica de los vórtices en los campos ópticos ha sido objeto de investigación durante mucho tiempo y, en general, se considera un problema matemático complejo. En su trabajo, los autores investigaron cómo un campo de luz curvo forma vórtices cuando se refleja en un objeto. Demostraron que, aunque cada vórtice óptico se mueve de forma compleja, su movimiento colectivo está determinado de forma sencilla y predecible por las propiedades del objeto. Los investigadores señalan que su trabajo inspirará nuevas formas de medir las propiedades de los materiales, incluidas las ondas estructurales. Traerá un nuevo giro a la tecnología óptica.