Cristales hechos de vórtices de luz

Los remolinos de agua, los anillos de humo, los tornados y las galaxias en espiral son ejemplos de torsiones en los fluidos, aunque muy diferentes entre sí. Torsiones análogas, pero en el ámbito de la luz, han sido creados por unos científicos que han conseguido generar 100 vórtices de luz y emplazarlos para conformar una estructura ordenada, un cristal de vórtices de luz.

El logro es obra del equipo internacional de Antonio Ambrosio, Michael de Oliveira y Marco Piccardo, los tres del Instituto Italiano de Tecnología (IIT).

En los últimos años, se han desarrollado generadores de luz torsionada, pero suelen crear un único vórtice que se propaga solo en el espacio libre. Los investigadores del IIT han demostrado, en cambio, que es posible crear 100 vórtices de luz acoplados conformando lo que puede definirse como un cristal.

La espectacular demostración realizada con la creación de tan singular cristal constituye un claro ejemplo de cómo una superficie con la nanoestructura idónea puede emplearse para controlar simultáneamente todos los parámetros de varios rayos láser, no solo su intensidad. El grupo ha demostrado que esto es posible al diseñar un conjunto de metasuperficies, es decir, dispositivos ópticos nanoestructurados, que moldean el haz de luz dentro de un espacio 100 veces más pequeño que el grosor de un cabello humano. Las metasuperficies moldean el frente de onda de la luz como un sacacorchos, generando un vórtice óptico.

Antonio Ambrosio y sus colegas han conseguido crear vórtices de luz acoplados mediante metasuperficies ópticas. Su último logro es un conjunto de 100 vórtices de luz que conforman juntos una estructura ordenada, definible como un cristal de luz o más específicamente un cristal de vórtices de luz. (Imagen: Istituto Italiano di Tecnologia (IIT))

La inserción del conjunto de metasuperficies en el interior de una cavidad láser, donde la luz rebota continuamente entre dos espejos, abre la puerta a nuevas aplicaciones, como la autocorrección de un defecto en el sistema o la reconfigurabilidad de la cantidad de giros que realiza la luz. Tales propiedades son el resultado de la interacción entre los distintos vórtices del cristal: cada vórtice está, de hecho, modelado por la interacción con otros vórtices de una red sintonizable.

En los próximos pasos dentro de esta línea de investigación y desarrollo, el equipo de Ambrosio estudiará cómo afinar la fuerza de la interacción entre los vórtices y ampliar el sistema a una cantidad aún mayor de vórtices.

Ambrosio y sus colegas exponen los detalles técnicos de su logro en la revista académica Nature Photonics, bajo el título “Vortex laser arrays with topological charge control and self-healing of defects”. (Fuente: NCYT de Amazings)