Tres representaciones del haz de 'pulso de aguja', mostrando cómo los frentes de onda circulares colapsan en una distribución de energía delgada en forma de aguja sin lóbulos laterales. Crédito:Kevin Parker / Miguel Alonso
Un nuevo patrón de haz ideado por investigadores de la Universidad de Rochester podría aportar una nitidez sin precedentes a las imágenes de ultrasonido y radar. queme agujeros precisos en materiales manufacturados a escala nanométrica, e incluso grabe nuevas propiedades en sus superficies.
Estos son solo algunos de los elementos del "árbol de Navidad" de posibles aplicaciones para el patrón de vigas que Miguel Alonso, profesor de óptica, y Kevin Parker, el Profesor de Ingeniería William F. May, describir en un artículo reciente en Óptica Express .
El patrón resulta de lo que Parker llama "una solución matemática analíticamente hermosa" que ideó Alonso. Hace que una onda de luz o sonido colapse hacia adentro, formando, durante un mero nanosegundo o menos, un increíblemente delgado, haz intenso antes de que la onda se expanda hacia afuera nuevamente.
"Toda la energía encaja en el tiempo y el espacio, de modo que se junta, ¡BAM! Como un crescendo, "dice Parker, aplaudiendo explosivamente para enfatizar. "Se puede hacer con una onda de luz óptica, con ultrasonido, Radar, sonar:funcionará para todos ellos ".
La mayoría de los patrones de haz tradicionales mantienen una forma persistente mientras la fuente está funcionando. Sin embargo, no son tan intensos como el haz creado por Parker y Alonso, que los investigadores llaman un "haz de pulso de aguja". "Está muy localizado, sin extensiones ni lóbulos laterales que alejen energía del haz principal, "dice Alonso.
Lóbulos laterales, irradiando un rayo como los halos que a veces se ven alrededor de los faros de un automóvil, son especialmente problemáticos en ultrasonido. "Los lóbulos laterales son el enemigo, "Dice Alonso." Quieres dirigir toda tu onda de ultrasonido a la única cosa que quieres fotografiar, por lo que entonces, cualquier cosa que se refleje le dirá sobre esa única cosa. Si también obtiene una difusión de ondas en otros lugares, difumina la imagen ".
Porque es increíblemente estrecho, el nuevo rayo "permite resolver las cosas con resoluciones exquisitas, donde necesitas separar las cosas pequeñas que están muy juntas, "Parker dice, agregando que el rayo podría tener aplicaciones no solo para ultrasonido, pero microscopía, Radar, y sonar.
Una representación del haz de "pulso de aguja", mostrando cómo los frentes de onda circulares colapsan en una distribución de energía delgada en forma de aguja sin lóbulos laterales. Crédito:Universidad de Rochester
Según Alonso, Las aplicaciones industriales pueden incluir cualquier forma de procesamiento de materiales con láser que implique poner la mayor cantidad de luz posible en una línea determinada.
La idea del haz de impulsos de aguja se originó con Parker, un experto en ultrasonido, quien en busca de inspiración a menudo examina funciones matemáticas de hace un siglo o más en los "textos antiguos".
"Pude ver una forma general de la solución, pero no pude superar la ecuación, "Dice" Así que fui con la persona (Alonso) a quien considero el mayor experto mundial en teoría óptica y matemáticas ".
Se les ocurrieron varias expresiones que eran "matemáticamente correctas, "Alonso dice, pero correspondía a haces que requieren una cantidad infinita de energía. La solución, "un truco matemático particular" que podría aplicarse a un rayo con energía finita, se le ocurrió mientras nadaba con su esposa en el lago Ontario.
"Muchas de las ideas que tengo no ocurren en mi escritorio, "Dice Alonso." Sucede mientras voy en bicicleta, o en la ducha, o nadar, o haciendo otra cosa, lejos de todo el papeleo ".
Parker dice que este descubrimiento continúa una búsqueda internacional que comenzó en la Universidad de Rochester. En 1986, ante el escepticismo mundial, un equipo de la Universidad que incluía a Joseph Eberly, el profesor Andrew Carnegie de Física y profesor de óptica, ofreció evidencia de un nuevo inesperado, forma de luz sin difracción. El llamado haz de Bessel ahora se usa ampliamente.
Lea el estudio de 1986, "Haces sin difracción"
"Habían pasado décadas desde que alguien formuló un nuevo tipo de haz, Parker dice. Entonces, tan pronto como se anunció el rayo de Bessel, la gente pensaba que podría haber otros rayos nuevos por ahí. La carrera estaba en marcha.
"Encontrar un nuevo patrón de haz es como encontrar un nuevo elemento. No sucede muy a menudo".
