jueves, 19 de abril de 2012

La luz que se curva a si misma

Aparte de los efectos amplificadores de la difracción, los haces de luz tienden a propagarse en línea recta. Espejos, lentes y guías luminosas son las distintas formas de forzar a que la luz tome determinados caminos pero desde hace tiempo, los investigadores han buscado alternativas para que los propios haces se doblen a si mismos en trayectorias curvas, incluso en el vacío. Ahora, un grupo de investigación ha informado de una serie de soluciones a las ecuaciones de Maxwell que son difractantes y capaces de seguir trayectorias circulares más ajustadas de lo que se pensaba inicialmente.

La idea de hacer ondas de luz con formas especiales que se puedan curvar sin dispersión surgió de la física cuántica. En 1979, Berry y Balazs se dieron cuenta de que la ecuación libre de fuerzas de Schrödinger podía dar pie a soluciones en forma de paquetes de ondas etéreas sin dispersión libremente aceleradas incluso en ausencia de potencial externo. Estos trabajos iniciales permanecieron dormidos entre la literatura científica durante décadas, hasta que el investigador Christodoulides y sus colegas demostraron la analogía óptica de los paquetes de ondas etéreas: haces de luz con forma especial que no difractaban a lo largo de grandes distancias pero podían doblarse o auto-acelerarse.

Courtesy D. N. Christodoulides


Una típica simplificación en las soluciones de las ecuaciones de ondas de Maxwell es asumir que las ondas de luz son paraxiales, lo que significa que el ángulo entre los vectores que constituyen el paquete de ondas y el eje óptico es lo suficientemente pequeño para que la onda no se desvíe mucho de la dirección de propagación. Al contrario que otros haces difractantes como los conocidos haces de Bessel, los haces etéreos tienen una estructura espacial de fase única, no sustentada en la simple superposición cónica de ondas planas, y se puede auto-acelerar.

En estos ángulos tan pequeños, los haces etéreos siguen trayectorias parabólicas similares a las que siguen los proyectiles balísticos movíéndose bajo la fuerza de la gravedad, pero en ángulos mayores. Más allá de la aproximación paraxial, no pueden mantener la propiedad de preservación de la forma a medida que se propagan, por tanto, es importante identificar los mecanismos que permiten a los haces auto-acelerados propagarse en una verdadera forma libre de difracción incluso en largas trayectorias curvadas.

Además del interés científico, este tipo de soluciones de ondas puede llevar a la sintetización de haces de luz ópticos que conserven la forma, para hacer que se curven por si mismos. Las ecuaciones que describen dichas ondas de luz pueden generalizarse para describir comportamientos similares en ondas de sonido y agua. Las posibilidades de aplicación son muy variadas, tales como haces de luz que se curvan en torno a un objeto, lo cual nos acerca a al final de la búsqueda del "bumeran óptico".

Via physics.aps

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