La luz es de naturaleza versátil. En otras palabras, muestra diferentes características al viajar a través de diferentes tipos de materiales. Esta propiedad ha sido explorada con varias tecnologías, pero la forma en que la luz interactúa con los materiales debe manipularse para obtener el efecto deseado. Esto se hace usando dispositivos especiales llamados moduladores de luz, que tienen la capacidad de modificar las propiedades de la luz.

Una de esas propiedades, llamado el efecto Pockels, se ve cuando se aplica un campo eléctrico al medio a través del cual viaja la luz. Normalmente, la luz se dobla cuando golpea cualquier medio, pero bajo el efecto Pockels, el índice de refracción del medio (una medida de cuánto se dobla la luz) cambia proporcionalmente al campo eléctrico aplicado. Este efecto tiene aplicaciones en ingeniería óptica, comunicación óptica, displays y sensores eléctricos. Pero, No está claro exactamente cómo se produce este efecto en diferentes materiales, lo que dificulta la exploración completa de su potencial.

En un estudio revolucionario publicado en Continuo de OSA , un equipo de científicos dirigido por el profesor Eiji Tokunaga de la Universidad de Ciencias de Tokio arrojó luz sobre el mecanismo del efecto Pockels en un nuevo tipo de modulador de luz. Hasta hace poco, Este efecto se había observado solo en un tipo especial de cristal, que es costoso y, por tanto, difícil de usar. Hace doce años El profesor Tokunaga y su equipo observaron este efecto por primera vez en la capa superior (también llamada capa interfacial) de agua cuando está en contacto con un electrodo. El efecto no se observa en la mayor parte del agua.

Aunque el coeficiente de Pockels (una medida del efecto de Pockels) era un orden de magnitud mayor, Se requirió un detector altamente sensible porque el efecto se generó solo en la capa interfacial delgada. Adicionalmente, incluso su mecanismo no se entendió claramente, complicando aún más el proceso. El profesor Tokunaga y su equipo querían encontrar una solución, y después de muchas pruebas, finalmente lo lograron. Hablando de su motivación para el estudio, El profesor Tokunaga dice:"Es difícil medir la señal electroóptica utilizando agua como medio porque se produce sólo en una capa delgada. Por lo tanto, queríamos encontrar una manera de extraer una gran señal del medio que no requiriera mediciones de alta sensibilidad y fuera más fácil de usar ".

Para hacer esto, los científicos crearon una configuración con un electrodo transparente sobre una superficie de vidrio en agua, y se le aplicó un campo eléctrico. La capa interfacial (también llamada doble capa eléctrica, o EDL) tiene solo unos pocos nanómetros de espesor y presenta propiedades electroquímicas diferentes al resto del agua. También es la única parte del agua donde se puede observar el efecto Pockels bajo un campo eléctrico. Los científicos utilizaron el concepto de reflexión total para crear un gran ángulo en la interfaz entre el agua y el electrodo. Observaron que cuando la luz viaja a través del electrodo y entra en la EDL, los cambios en el índice de refracción de ambas capas pueden modificar la señal reflejada.

Dado que el índice de refracción en el electrodo transparente es mayor que el del agua y el vidrio (1,33 y 1,52, respectivamente), aumenta la cantidad de luz reflejada en ambos extremos, provocando así un efecto Pockels más mejorado. Esto era importante porque una gran una señal más mejorada significaría que incluso dispositivos de baja sensibilidad podrían usarse para medirla. Es más, porque la configuración experimental no es compleja, que consiste solo en un electrodo transparente sumergido en agua que contiene electrolitos, este método es mucho más sencillo de utilizar. Por no mencionar, el agua es un medio económico, resultando en un proceso de bajo costo en general. Elaborando estos hallazgos, El profesor Tokunaga dice:"A través de nuestra técnica, observamos modulación de luz con un cambio de intensidad máximo del 50 por ciento proporcional al voltaje de CA aplicado ".

Animado por estas observaciones, El profesor Tokunaga y su equipo querían verificar estos resultados mediante cálculos matemáticos. Se sorprendieron al descubrir que los cálculos teóricos coincidían con los resultados experimentales. Es más, observaron que teóricamente, se podría lograr una modulación de intensidad de luz del 100 por ciento, lo cual fue emocionante porque confirmó sus hallazgos. El profesor Tokunaga dice:"Los resultados fueron sorprendentes, pero fue aún más sorprendente cuando nuestro análisis teórico mostró que podían explicarse perfectamente con el conocimiento óptico existente. Los resultados de esta investigación no solo son aplicables a elementos únicos de modulación de luz y sensores de interfaz que utilizan agua, pero el principio de mejora descubierto abre la posibilidad de utilizar cualquier interfaz que exista universalmente ".

Este nuevo método de modular la luz sirve como una mejor alternativa a los existentes, especialmente debido a ventajas como el bajo costo y la detección más fácil. El profesor Tokunaga y su equipo creen que al descubrir nuevos mecanismos de modulación de la luz, su estudio abrirá las puertas a una investigación más avanzada en este campo. El profesor Tokunaga dice:"Nuestra tecnología única de modulación de luz no tiene precedentes y tiene muchas aplicaciones posibles porque muestra una forma general de extraer una gran señal de Pockels de una interfaz universalmente existente. Además, Esperamos que nuestro estudio dé lugar a una nueva área de investigación en óptica, revolucionando así el campo ".