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Control de la luz en nuevas estructuras fotónicas

La capacidad de controlar y manipular la estructura de la propia luz (es decir, modificar deliberadamente características más pequeñas que la longitud de onda de la luz y ajustarlas en el espacio) ha sido motivo de investigación intensa recientemente. Un grupo de científicos financiado por la Unión Europea ha profundizado en el conocimiento de cómo se distribuye el campo de luz en estructuras fotónicas extraordinarias pero todavía poco exploradas.
Control de la luz en nuevas estructuras fotónicas
A lo largo de la última década, el control activo de campos ópticos en distintos medios fotónicos ha despertado mucho interés, tanto para la investigación fundamental como para la investigación aplicada. Por su capacidad para dividir, desviar y almacenar la luz, los nuevos tipos de medios fotónicos, incluidos los cristales fotónicos, los metamateriales o los materiales plasmónicos, confieren nuevos grados de libertad a la luz. Por ejemplo, es posible estudiar una gama de patrones de luz complejos, como haces en aceleración, haces sin difracción, vórtices ópticos portadores de luz y momento angular orbital, que allana el camino hacia aplicaciones muy interesantes en sistemas de comunicaciones, información cuántica y procesamiento de señales en chip.

En el marco del proyecto STRUCTURED LIGHT (Structured light in photonics media), financiado por la Unión Europea, un grupo de científicos logró controlar con éxito la luz mediante formas fundamentalmente nuevas. Se centraron en demostrar las propiedades de propagación de la luz atrapada en aislantes topológicos, propagándose en un espacio curvo o sometida a campos de gauge artificiales.

Redes cuasicristalinas sirvieron como nuevo medio fotónico para estudiar la propagación de la luz en aislantes topológicos. Centrándose en el estudio del transporte en estados de frontera, los científicos mostraron que es posible almacenar, liberar y dispersar estados de borde topológicos en bandas planas que permiten nuevas formas de controlar la luz topológica. También se demostró el transporte protegido topológico en redes fotónicas con simetría de reflexión en el espacio-tiempo. Sobre la base de estos hallazgos, los científicos propusieron el primer sistema de emisión láser topológico, lo cual es un paso importante hacia la integración de las propiedades topológicas en dispositivos ópticos.

Utilizando superficies esféricas, el equipo demostró cómo la luz se propaga en espacios curvos. Los haces de luz sin difracción, con lóbulos en aceleración se propagaban según trayectorias totalmente distintas de una línea recta del punto A al punto B. Los científicos también mostraron que, mediante la manipulación de la curvatura de un nuevo tipo de estructuras nanofotónicas 3D, se puede controlar la trayectoria de la luz, la tasa de difracción y la fase y velocidad de grupo.

Por primera vez se ha mostrado cómo se propaga la luz en estructuras de composite sometidas a campos de gauge artificiales. Esta nueva forma de guía de onda óptica hace posible confinar y manipular la luz en chips.

En conjunto, el equipo de STRUCTURED LIGHT estudió nanoestructuras ópticas innovadoras que permiten controlar y manipular la luz. Los hallazgos del proyecto proporcionan nuevas oportunidades para distintas aplicaciones, como los sistemas de información y comunicación, la microscopia y la micromecanización.

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Palabras clave

Control de la luz, estructuras fotónicas, STRUCTURED LIGHT, aislantes topológicos, campos de gauge artificiales
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