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Referencia: eScience.news.com, 8 de enero 2016
“Novel metasurface revolutionizes ubiquitous scientific tool”
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¿Qué tienen en común la astrofísica, las telecomunicaciones y la farmacología? Cada uno de estos campos se basa en polarímetros --unos instrumentos que detectan la dirección de la oscilación de las ondas electromagnéticas, también conocido como polarización de la luz. A pesar de que el ojo humano no es particularmente sensible a la polarización, se trata de una propiedad fundamental de la luz.

Cuando la luz se ve reflejada o dispersada por un objeto, su polarización cambia, y al medir ese cambio se revela una gran cantidad de información. Los astrofísicos, por ejemplo, utilizan mediciones de polarización para analizar la superficie de lejanos planetas, o para mapear los campos magnéticos gigantes que abarcan nuestra galaxia.

Los fabricantes de medicamentos utilizan la polarización de luz dispersada para determinar la quiralidad y la concentración molecular de fármacos. En telecomunicaciones, la polarización se utiliza para transportar información a través de una amplia red de cables de fibra óptica. Desde el diagnóstico médico a la fabricación de alta tecnología para la industria alimentaria, la medición de la polarización revela datos críticos.

Los científicos confían en polarímetros para hacer estas mediciones. Si bien se utilizan muchos en todas partes, actualmente son lentos, voluminosos y caros.

Ahora, los investigadores de la John A. Paulson Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard y el Centro de Innovación de Islandia, han construido un polarímetro en un microchip, que ha revolucionado el diseño de esta herramienta científica tan ampliamente utilizada.

"Tenemos un instrumento que puede alcanzar el tamaño de una mesa de laboratorio y lo hemos encogido que al tamaño de un chip", señalaron Federico Capasso, Robert L. Wallace profesor de Física Aplicada, y Vinton Hayes Investigador en Ingeniería Eléctrica, que dirigió la investigación. "Tener un polarímetro en un microchip podrá hacer mediciones de polarización, disponibles por primera vez, en una gama mucho más amplia de aplicaciones, incluyendo dispositivos portátiles de bajo consumo energético."

"Aprovechando las ventajas de la tecnología de circuito integrado y la nanofotónica, el nuevo dispositivo promete medidas de polarización de alto rendimiento a una fracción de costo y tamaño", apuntó J. P. Balthasar Mueller, graduado en el laboratorio de Capasso y primer autor del artículo.

El dispositivo se describe en el journal Optica. La Oficina de Desarrollo de Tecnologías de la Universidad de Harvard ya ha presentado una solicitud de patente, y está explorando activamente las oportunidades comerciales de esta tecnología.

El equipo de Capasso fue capaz de reducir drásticamente la complejidad y el tamaño de los polarímetros construyendo una metasuperficie bidimensional, una estructura nanométrica que interactúa con la luz. La metasuperficie está cubierta con una matriz fina de antenas metálicas, más pequeña que la longitud de onda de la luz, incrustada en una película de polímero. Cuando la luz se propaga por la fibra óptica e ilumina la matriz, una pequeña cantidad se dispersa en las cuatro direcciones. Cuatro detectores miden la intensidad de la luz dispersada y se combinan para dar el estado de polarización en tiempo real.

"Una ventaja de esta técnica es que la medición de polarización deja la señal casi intacta", dijo Mueller. "Esto es crucial para muchos usos de polarímetros, especialmente en las telecomunicaciones ópticas, donde dichas mediciones deben efectuarse sin perturbar el flujo de datos."

En las telecomunicaciones, las señales ópticas que se propagan a través de las fibras cambiarán su polarización en formas aleatorias. Los nuevos chips fotónicos integrados en cables de fibra óptica son extremadamente sensibles a la polarización, y si la luz llega a un chip con la polarización incorrecta, puede causar una pérdida de señal.

"en el proceso de fabricación, el diseño de la red de antenas debe hacerse robusto e insensible a las imprecisiones, lo que es ideal para la fabricación a gran escala", confirmó Kristjan Leosson, investigador y gerente de división en el Centro de Innovación y coautor del artículo.

El equipo de Leosson, en Islandia, está trabajando en la incorporación del diseño de la metasuperficie del grupo Capasso en un prototipo de polarímetro.

Los polarímetros basados en un chip podría proporcionar, por primera vez, monitorear integralmente la polarización y en tiempo real, lo que podría aumentar el rendimiento de la red y la seguridad, además de ayudar a los proveedores a mantenerse al día con la explosiva demanda de ancho de banda.

"Este dispositivo funciona tan bien como cualquier polarímetro avanzado del mercado, pero es considerablemente más pequeño", subrayó Capasso. "Un polarímetro compacto y portátil podría convertirse en una herramienta importante, no sólo para la industria de las telecomunicaciones, sino también para la fabricación de fármacos, la imagen médica, química, astronomía, y otras muchas cosas. Las aplicaciones son infinitas."

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Fuente: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.
--- Foto cortesía de Capasso Lab/Harvard SEAS

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Editor del blog Pedro Donaire

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