Descifrando los enigmas de la luz: técnica novedosa para controlar el comportamiento errático de la luz desarrollada por científicos

por Liam O'Connor
0 comentario
chaotic light control

Un equipo de investigadores ha dominado la manipulación de las diferentes frecuencias de la luz empleando una cavidad hecha a medida, lo que podría mejorar las capacidades de la fibra óptica, lo que podría mejorar la gestión de la energía, la computación y la transmisión de señales. Este logro es reconocido por Xuefeng Jiang.

El estudio de cómo interactúa la luz dentro de un entorno ovalado ha ofrecido a los científicos información clave sobre su intrincada dinámica.

La capacidad de gestionar la luz es crucial para el progreso en varios campos tecnológicos, incluida la recolección de energía, los procesos computacionales, las telecomunicaciones y el diagnóstico médico. Sin embargo, la naturaleza compleja de la luz a menudo dificulta su regulación eficaz.

El físico Andrea Alù compara la imprevisibilidad de la luz en sistemas desordenados con un juego de billar, donde incluso cambios menores en el golpe de la bola blanca pueden alterar significativamente la dirección y las interacciones de las bolas sobre la mesa.

"En el juego de billar, pequeñas discrepancias en la forma de golpear la bola inicial pueden crear una amplia variedad de patrones de movimiento de las bolas en la mesa", explicó Alù, un destacado profesor de Física en el Centro de Graduados de CUNY. "Del mismo modo, la luz dentro de una cavidad caótica es difícil de predecir: realizar el mismo experimento repetidamente en condiciones casi idénticas puede producir resultados diferentes".

En un artículo reciente publicado en Nature Physics, el equipo de Alù en el Centro de Graduados CUNY introdujo un método pionero para modular el comportamiento errático de la luz personalizando sus patrones de difusión a través de la propia luz. La iniciativa fue encabezada por Xuefeng Jiang, ex becario postdoctoral en el grupo de Alù y ahora profesor asistente en la Universidad Seton Hall, y Shixiong Yin, candidato a doctorado de Alù.

Sistemas tradicionales versus cavidades caóticas

Los métodos típicos para analizar la luz implican resonadores de forma uniforme donde la luz hace eco y se propaga de manera predecible, formando frecuencias distintas y patrones espaciales. En resonadores estándar como los de cavidad circular, frecuencias específicas se correlacionan con ciertos modos, lo que simplifica la física involucrada. Sin embargo, según Jiang, esta simplicidad no revela las complejidades de la luz que se ven en sistemas más complejos.

"Una cavidad que alberga patrones de luz caóticos puede generar miles de configuraciones de luz a partir de una sola frecuencia, lo que inicialmente se pensó que hacía que el control de la respuesta óptica fuera poco práctico", afirmó Jiang. "Sin embargo, hemos demostrado que gestionar este caos es realmente posible".

La innovadora cavidad en forma de estadio

Para superar estos desafíos, los investigadores diseñaron una cavidad expansiva con forma de estadio con una parte superior expuesta y pasajes dobles en los extremos opuestos para canalizar la luz hacia la estructura. Una cámara montada en lo alto captura los patrones y la intensidad de la luz a medida que escapa y se dispersa dentro de la cavidad.

El dispositivo está equipado con elementos ajustables para ajustar la intensidad y el momento de la luz que ingresa a través de estos caminos. Al manipular la interacción de la luz dentro de la cavidad, el equipo pudo orquestar el patrón de un haz de luz a través de la interacción con otro, una estrategia a la que Alù se refiere como control coherente, que esencialmente significa usar luz para regular la luz. Al alterar la intensidad relativa y el tiempo de los rayos de luz entrantes, los investigadores pudieron transformar consistentemente el patrón de luz emitida desde la cavidad.

Control de refinamiento con modos de dispersión no reflectantes (RSM)

Lograr el control fue posible mediante la utilización de un comportamiento especial de la luz en cavidades resonantes conocidas como "modos de dispersión no reflectantes" (RSM), un fenómeno predicho en teoría pero hasta ahora no demostrado en cavidades ópticas. Yin destacó que su capacidad para modular los RSM significa un gran avance en la estimulación y dirección de sistemas ópticos complicados, relevantes para el almacenamiento de energía, la informática y los procesos de comunicación.

"Identificamos ciertas frecuencias en las que nuestro sistema admite dos RSM distintos que se cruzan y que permiten que toda la luz entre en la cavidad del estadio sin reflejarse en los canales, lo que facilita su gestión", describió Yin. "Dado que nuestro sistema maneja señales ópticas dentro del rango operativo de las fibras ópticas cotidianas, este descubrimiento abre la puerta a métodos mejorados de almacenar, dirigir y controlar la luz en sistemas ópticos sofisticados".

De cara al futuro, los investigadores planean integrar más elementos ajustables en sus estudios para explorar aún más los intrincados comportamientos de la luz.

Cita: “Control coherente de la microcavidad óptica caótica con modos de dispersión sin reflejos” por Xuefeng Jiang, Shixiong Yin, Huanan Li, Jiamin Quan, Heedong Goh, Michele Cotrufo, Julius Kullig, Jan Wiersig y Andrea Alù, 2 de noviembre de 2023, Nature Physics.
DOI: 10.1038/s41567-023-02242-w

Preguntas frecuentes (FAQ) sobre el control de la iluminación caótica

¿Cuál es el descubrimiento clave para controlar el comportamiento caótico de la luz?

Los investigadores han desarrollado una plataforma que permite controlar el comportamiento caótico de la luz manipulando sus patrones de dispersión dentro de una cavidad óptica especialmente diseñada.

¿Cómo se compara el comportamiento de la luz en sistemas caóticos con el de un juego de billar?

Así como ligeras variaciones en un tiro de billar pueden dar lugar a diferentes resultados, pequeños cambios en la entrada de la luz en una cavidad caótica pueden dar lugar a patrones de luz variables e impredecibles.

¿Cuál es la importancia de la cavidad en forma de estadio en este estudio?

La cavidad en forma de estadio permite a los científicos controlar la luz ajustando los patrones de dispersión mediante un control coherente, utilizando un haz de luz para dirigir otro.

¿Qué son los modos de dispersión sin reflexión (RSM) y su importancia en esta investigación?

Los RSM son un comportamiento de luz único en cavidades resonantes que permiten que la luz ingrese a una cavidad sin reflejarse, lo cual es crucial para controlar la luz en sistemas ópticos complejos.

¿Cómo podría este descubrimiento afectar las tecnologías futuras?

La capacidad de controlar el comportamiento caótico de la luz puede conducir a avances en el almacenamiento de energía, la informática y el procesamiento de señales dentro de los sistemas de fibra óptica.

Más sobre el control de la luz caótica

También te puede interesar

Deja un comentario

* Al utilizar este formulario usted acepta el almacenamiento y manejo de sus datos por parte de este sitio web.

SciTechPost es un recurso web dedicado a proporcionar información actualizada sobre el acelerado mundo de la ciencia y la tecnología. Nuestra misión es hacer que la ciencia y la tecnología sean accesibles para todos a través de nuestra plataforma, reuniendo a expertos, innovadores y académicos para compartir sus conocimientos y experiencias.

Suscribir

Suscríbete a mi boletín para recibir nuevas publicaciones de blog, consejos y nuevas fotos. ¡Mantengámonos actualizados!

© 2023 SciTechPost

es_ESEspañol