Los remolinos de agua, los anillos de humo, los tornados violentos y las galaxias espirales son ejemplos de giros en los fluidos, aunque muy diferentes entre sí. Giros análogos, pero en el terreno de la luz, han sido creados por el grupo de investigación coordinado por Antonio Ambrosio en el IIT-Istituto Italiano di Tecnologia (Instituto Italiano de Tecnología), en Milán (Italia). Los resultados, publicados en la revista Nature Photonics , muestran la realización de 100 vórtices de luz, acoplados para formar una estructura ordenada, un cristal de luz.

La interacción mutua de la luz y los materiales nanoestructurados es el foco de la investigación de Antonio Ambrosio, investigador principal de la línea de investigación Nanoimagen vectorial del IIT de Milán y becario del proyecto ERC Consolidator "METAmorphoses".

Los generadores de luz torcida se han desarrollado en los últimos años, pero normalmente crean un solo vórtice que se propaga solo en el espacio libre. Los investigadores del IIT han demostrado, en cambio, que es posible crear 100 vórtices de luz acoplados en un cristal de luz ordenado.

El grupo en Milán también incluye el Ph.D. el estudiante Michael de Oliveira y el investigador Marco Piccardo, también primer autor del artículo. Sus resultados muestran cómo se puede emplear una superficie de nanoestructura como máscara para controlar simultáneamente todos los parámetros de varios rayos láser, no solo su intensidad. El grupo demostró que esto es posible mediante el diseño de una matriz de metasuperficies, es decir, dispositivos ópticos nanoestructurados, que moldean el haz de luz dentro de un espacio 100 veces más delgado que un cabello humano. Las metasuperficies realizadas dan forma al frente de onda de la luz como un sacacorchos, generando un vórtice óptico.

Insertar la matriz de metasuperficie dentro de una cavidad láser, donde la luz rebota continuamente entre dos espejos, abre la puerta a nuevas propiedades, como la autocuración de un defecto en el sistema o la reconfiguración de la cantidad de giros que hace la luz. Tales propiedades resultan de la interacción entre diferentes vórtices del cristal:cada vórtice es, de hecho, modelado por la interacción con otros vórtices de una red sintonizable.

La capacidad de ajustar el número de giros a pedido es una característica única del láser de metasuperficie. Aunque los dispositivos tienen un diseño fijo y solo pueden generar un tipo específico de vórtice óptico en el espacio libre, cuando se insertan en una cavidad láser, las propiedades de los vórtices, conocidas como su topología, se pueden cambiar simplemente ajustando un espejo de cavidad. Esta funcionalidad podría usarse para modular dinámicamente la luz impartiendo información útil en los giros para las comunicaciones ópticas.

El sistema desarrollado en Milán es robusto y también tiene el potencial de procesar información codificada en diferentes sistemas acoplados, incluidas galaxias lejanas y enormes. Gracias a estos nuevos resultados, ahora es posible simular en el laboratorio sistemas acoplados complejos, con orden alterado por defectos estables, difíciles de reproducir de otro modo, ya que involucran escalas gigantescas, como galaxias, o parte de sistemas hidrodinámicos extremos.

En los próximos pasos, los investigadores investigarán cómo ajustar la fuerza de la interacción entre los vórtices y extender el sistema a un número aún mayor de vórtices. + Explora más

Nuevo tipo de metasuperficie que permite un control láser sin precedentes