Las conexiones de fibra óptica en las que se basan la mayoría de redes de comunicación de luz guiada han destacado en los últimos años por el aumento de la velocidad y el volumen de tráfico de información y en la gran eficiencia espectral de esta tecnología con respecto al cable coaxial o el par de cobre. Recientemente se publicaba un nuevo récord de velocidad con tecnología como el DWDM con una transmisión de datos de 1,05 Pbps, o el récord de transferencia de datos de 10 terabits por segundo con una baja latencia, mediante un diseño ultra delgado de cubierta fotónica de PBG.
Además de las recientes mejoras en la transferencia de datos, científicos del Centro de Tecnología Nanofotónica de la Universidad Politécnica de Valencia, en colaboración con un grupo de investigación del King’s College London en Reino Unido, han desarrollado un nuevo método para controlar la dirección de propagación de la luz con aplicaciones futuras en guías de onda y redes de fibra óptica.
La nanofotónica es la ciencia que se ocupa del estudio de la luz y de sus interacciones con la materia a nivel nanométrico, así como de la fabricación de material nanoestructurado en sus propiedades físicas, químicas y estructurales, con el objetivo de investigar las reacciones a escala nanométrica del material cuando interactúa con la luz láser.
Lo más sorprendente de los materiales ópticos es que las interacciones de los campos eléctricos creados por partículas cargadas eléctricamente, en el rango de los nanómetros, pueden dar lugar a efectos novedosos con aplicaciones muy interesantes, tal y como apuntan los últimos descubrimientos publicados por este equipo de investigadores en la revista Science.
Tal y como explican los investigadores de la UPV Francisco José Rodríguez y Alejandro Martínez en su artículo, un movimiento circular de cargas próximo a una superficie metálica permite la propagación de la luz sobre la superficie según una dirección determinada por efecto de la rotación de las cargas. Para explicar este fenómeno, los investigadores ilustran este descubrimiento con el ejemplo de un molino de agua situado sobre un río, es decir, según las leyes de la hidráulica el empuje del agua en una determinada dirección provoca el giro de las aspas del molino en un determinado sentido.
Por tanto, el sentido de giro de las aspas del molino nos indica la dirección en la que discurre el caudal de agua del río. Si extrapolamos este ejemplo puramente físico al campo de la luz, “el descubrimiento es realmente sorprendente dado que la dirección de propagación de la luz no se había controlado de esta forma hasta ahora”, apunta Alejandro Martínez.
Rotación del dipolo
Para demostrar esta hipótesis, los investigadores utilizaron en su experimento luz polarizada circularmente para iluminar una pequeña ranura en una superficie de oro y conseguir que las cargas concentradas en la ranura se movieran a su vez en círculos, con un sentido de rotación que varía en función del spin de la luz aplicada. Para enlazar este fenómeno con el ejemplo del molino de agua, el movimiento circular de cargas sería equivalente al molino de agua.
Si este proceso lo consideramos a niveles nanométricos, al colocar la ranura muy próxima a una guía óptica o a una superficie metálica, se produce un fenómeno de interferencia que hace que la luz se propague en una misma dirección. Por tanto, sería posible determinar la dirección de propagación de la luz en función del sentido de giro de las cargas, de forma similar al ejemplo del molino de agua. Además, siguiendo con el ejemplo del molino, si la dirección de la polarización se invierte, la luz guiada se propaga en dirección opuesta, pudiendo determinar la dirección de la propagación de la luz a través del medio en función del sentido de rotación del dipolo.
“La intuición nos dice que la luz se debe propagar de igual manera en todas las direcciones posibles, como si se arrojara una piedra a un estanque de agua y viéramos ondas en todas las direcciones. El hecho de la rotación del dipolo permita propagar en una dirección determinada es realmente sorprendente”, apunta Alejandro Martínez.
Posibles aplicaciones
Según explica el profesor Anatoly Zayats, del grupo del King’s College London, “la interferencia de ondas es un fenómeno físico básico, conocido desde hace siglos, con infinitas aplicaciones. Cuando observamos por primera vez que este efecto podía dar lugar al guiado unidireccional de la luz al usar polarización circular, no podíamos creer que un efecto tan fundamental haya pasado desapercibido durante tantos años. Ahora estamos trabajando en desarrollar las posibles aplicaciones en nanofotónica y óptica cuántica”.
Por otro lado, la posibilidad de controlar de forma eficiente la dirección de propagación de la luz según el sentido de giro del dipolo de cargas, podría utilizarse para construir conmutadores ópticos para redes ópticas. “Sin embargo al tratarse de un efecto tan fundamental, las posibles aplicaciones son innumerables, pasando desde conmutadores ultrarrápidos en redes ópticas a sistemas de imagen 3D o computación cuántica”, añade Alejandro Martínez.
