Lograr que el aire se comporte como la fibra óptica

Dado que la luz pierde intensidad con la distancia, su radio de acción para aplicaciones tales como las comunicaciones ópticas siempre ha sido muy limitado cuando el medio usado, por ejemplo el aire, no está especialmente acondicionado. Incluso los láseres, que producen rayos muy concentrados y dirigidos, pierden enfoque debido a su dispersión natural, o peor, debido a interacciones con los gases del aire. La única solución viable ha sido durante mucho tiempo los cables de fibra óptica, que pueden atrapar los rayos de luz y guiarlos como en una tubería, evitando la pérdida de intensidad o de enfoque.

Las fibras ópticas habituales consisten en un núcleo de cristal transparente rodeado por un revestimiento hecho de un material con un bajo índice de refracción. Cuando la luz intenta dejar el núcleo, se ve reflejada de vuelta hacia dentro. Sin embargo, las fibras ópticas sólidas tienen sus limitaciones en la luz que pueden canalizar, así como las inherentes a todo objeto sólido y a las instalaciones de su tipo. No podemos esperar disponer de una conexión por fibra óptica en áreas alejadas de zonas urbanas, o en la alta atmósfera.

Un planteamiento revolucionario podría cambiar drásticamente esta situación. El equipo de Howard Milchberg, profesor de física, así como de ingeniería electrónica y de computación, en la Universidad de Maryland en la ciudad estadounidense de College Park, ha hallado una forma de hacer que el aire se comporte como una fibra óptica, guiando los rayos de luz a lo largo de grandes distancias sin pérdida de energía.

Las guías atmosféricas de ondas desarrolladas por el equipo de Milchberg, Eric Rosenthal, Nihal Jhajj y Jared Wahlstrand, consisten en una “pared” de aire de baja densidad rodeando un núcleo de aire de mayor densidad. La pared tiene un índice refractivo más bajo que el del núcleo, como en la fibra óptica. Estas singulares guías de ondas son creadas y se mantienen funcionales durante la transmisión de datos gracias a pulsos láser muy cortos y potentes. Un pulso láser lo bastante potente en el aire genera el “filamento”. Esto ocurre porque la luz láser incrementa el índice refractivo del aire en el centro del rayo, como si el propio pulso lumínico transportase una lente virtual.

Usando esta guía de ondas hecha de aire, Milchberg y sus colaboradores han conseguido amplificar señales de luz provenientes de fuentes lejanas.

Esta guía de ondas hecha de aire podría tener muchas aplicaciones, incluyendo comunicaciones láser de larga distancia, detección de contaminación en la atmósfera, confección de mapas topográficos de alta resolución, e incluso la creación de inquietantes armas láser. Las guías de ondas hechas de aire podrían emplearse para llevar a cabo análisis químicos de lugares como la atmósfera superior o reactores nucleares, donde es difícil situar instrumentos lo bastante cerca de lo que está siendo estudiado. Estas guías de ondas podrían utilizarse también para sistemas láser de tipo LiDAR (llamado así por las siglas en inglés de "LIght Detection And Ranging"), cada vez más usados para elaborar mapas topográficos de alta resolución.

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