Opinión

Óptica no-lineal y microchips

Es muy interesante que cuando Newton dio a conocer sus famosos experimentos usando prismas con los que descompuso la luz blanca en sus colores constitutivos, algunos erróneamente objetaron que “probablemente los diferentes colores observados a la salida del prisma no son parte de la luz blanca, sino que son creados dentro del prisma”.

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Por: Vicente Aboites

Es muy interesante que cuando Newton dio a conocer sus famosos experimentos usando prismas con los que descompuso la luz blanca en sus colores constitutivos, algunos erróneamente objetaron que “probablemente los diferentes colores observados a la salida del prisma no son parte de la luz blanca, sino que son creados dentro del prisma”.

Para resolver esta objeción Newton hizo un experimento más, en el cual seleccionó luz de un solo color del espectro obtenido de un primer prisma (bloqueando todos los demás colores) y la introdujo en un segundo prisma.

El resultado de este experimento adicional mostró que en el segundo prisma la luz entra y sale del mismo color, desechando así la posibilidad de que los diferentes colores pudieran haberse “creado” dentro del prisma.

Es decir, los prismas no “crean luz” de diferentes colores, sino que solo descomponen la luz que ingresa en ellos en sus colores constitutivos. Estos experimentos fueron reportados por Newton en su libro “Opticks” en 1704.

Es una experiencia cotidiana reflejar luz de un espejo o pasar luz de cualquier color a través del vidrio transparente de una ventana y constatar que la luz reflejada en el espejo o transmitida por la ventana, conserva su mismo color.

Esto es verdad, pero única y exclusivamente cuando la intensidad de la luz es baja pues si nosotros entramos al rango de alta o muy alta intensidad entonces nuevos fenómenos, llamados fenómenos no lineales, ocurren que pueden cambiar el color de la luz que es reflejada o transmitida.

La óptica no lineal se desarrolló solamente a partir del descubrimiento del láser en 1960, pues solo este instrumento es capaz de generar las altas intensidades de luz que se requieren para observar fenómenos de óptica no lineal.

Utilizando una fuente intensa de radiación y un medio no lineal es entonces posible generar otras longitudes de onda (i.e. otros colores). Hasta hace poco tiempo esto requería voluminosos láseres y medios no lineales, típicamente cristales, colocados en una mesa óptica con lentes, espejos, filtros, monocromadores, espectrógrafos y otros equipos auxiliares.

En la actualidad esto puede hacerse dentro de un microchip y generar no sólo un color sino prácticamente el color que uno guste. Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Estados Unidos acaban de reportar esto recientemente (ver: Xiyuan Lu et al., “On-chip optical parametric oscillation into the visible: generating red, orange, yellow, and green from a near-infrared pump”. Óptica, 2020; 7 (10): 1417). 

Su experimento convierte dentro de un microchip luz infraroja, en rojo, naranja, amarillo y azul, el color que usted guste. Estos dispositivos serán aplicados en cronómetros de muy alta precisión, así como informática cuántica, entre otras aplicaciones en la industria, medicina y defensa.

Estos microchips están basados en nitratos de silicio en donde fenómenos ópticos no lineales pueden ocurrir y de este modo a partir de radiación infrarroja producir otros colores.

El fenómeno óptico no lineal utilizado es llamado: “oscilación óptica paramétrica de tercer orden”, o, por sus iniciales en inglés “OPO”. La luz infrarroja se inyecta en un microresonador en donde circula unas cinco mil veces alcanzando el nivel necesario de alta intensidad para iniciar el proceso OPO y generar entonces dos nuevas longitudes de onda, una dentro del rango del infrarrojo cercano y otra dentro del visible. Las dimensiones del micro-resonador se deben elegir adecuadamente para obtener los colores deseados.

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