•  I
• a · A  I
• Accessibilitat  I
• Mapa web  I
• Cercar  I
• Directori

• ::  Sign in :: 

La llum, amb els seus innombrables colors, és una de les meravelles de la natura. Per a comprendre realment què veiem és essencial conèixer el color de la llum amb què percebem el nostre món. L'aconseguim a través d'unes regles òptiques denominades pintes de freqüència (frequency combs en anglès), la primera realització del qual va merèixer el premi Nobel de Física l'any 2005.

Amb les regles òptiques es mesuren no solament colors, sinó també temps, distàncies i altres magnituds essencials; d'ací ve que la seua importància en aplicacions científiques i tecnològiques siga enorme. Són les eines que permeten endinsar-se en el regne de la llum i revelar-ne els secrets més profunds.

I això és, precisament, el que permet un recent estudi liderat per la Universitat Politècnica de València (UPV), en què ha participat també personal investigador de la Universitat Politècnica de Catalunya - Barcelona Tech (UPC) i l'Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), vinculat a aquesta universitat. En el seu treball, publicat en la revista d'investigació científica Nature Photonics, han descobert que els Photonic snake states (estats de serp fotònica), un nou instrument per a desentranyar els secrets de la llum.

Aquest estudi ha captat l'atenció de la comunitat científica internacional i obri perspectives inèdites en la formació de les pintes de freqüència: prediu l'existència de regles òptiques bidimensionals, més complexes que les unidimensionals manejades fins ara i que brinden una versatilitat sense precedents en una àmplia gamma d'aplicacions.

Aplicacions en comunicacions, espectroscòpia o computació

Les utilitats de les pintes de freqüència són molt variades i destaquen sobretot en el camp de les comunicacions. Segons expliquen els autors de l'estudi, aquestes pintes permeten transmetre grans quantitats d'informació a través de fibres òptiques de manera molt eficient ja que, en tenir les freqüències ben definides, es poden enviar múltiples senyals de llum alhora i separar-les fàcilment quan es reben.

Una altra àrea en què els frequency combs han demostrat gran utilitat és en l'espectroscòpia. En poder obtenir espectres òptics amb una precisió i resolució sense precedents, es facilita la identificació de diferents substàncies. Això té aplicació directa en camps com ara la química, la biologia i la medicina, on la detecció precisa de molècules i la caracterització de materials és fonamental.

Per al cas de la metrologia, la ciència del mesurament, aquestes estructures s'utilitzen com a referència per a definir estàndards, gràcies a la seua capacitat per a generar freqüències estables i conegudes. Això permet realitzar mesuraments molt precisos en magnituds fonamentals, com són el temps o la longitud, rellevants per a la majoria dels camps científics.

Finalment, les pintes de freqüència també han trobat aplicacions prometedores en la computació quàntica, on les partícules de llum (o fotons) exerceixen un paper fonamental. En concret, les pintes de freqüència poden utilitzar-se per a generar fotons individuals amb propietats específiques, la qual cosa és crucial per al desenvolupament d'aquestes tecnologies.

El futur de les regles òptiques

Un problema fonamental que cal analitzar per a tenir èxit en aquestes propostes és el de les inestabilitats que apareixen quan s'intenta construir aquestes regles òptiques i que impedeixen generar formes de llum versàtils. Com apunta el professor Pedro Fernández de Córdoba, investigador del IUMPA de la UPV i coautor d'aquest treball, “cal destacar que el nostre equip ha obtingut, des d'un punt de vista teòric, les condicions perquè l'estructura de llum siga estable, que ha troba configuracions en forma de zig-zag que hem anomenat serps fotòniques. L'estabilitat d'aquests estats de llum és un aspecte crucial per a les aplicacions futures”.

Així mateix, en aquest article s'ha demostrat que és possible crear una disposició bidimensional de regles òptiques sincronitzades entre si i accessibles individualment. Aquest descobriment proporciona una àmplia col·lecció de regles generades en un únic dispositiu i controlades per una sola font de llum làser. De fet, com manifesta el professor Carles Milián, responsable d'aquesta investigació: “el potencial impacte d'aquest avanç és extraordinari, ja que podria permetre el desenvolupament de dispositius monolítics multipinta reconfigurables i de banda ampla. Aquests dispositius subministrarien diferents pintes de freqüència sota demanda i en temps real, que ampliaria significativament les aplicacions existents”.

Finalment, aquest estudi s'ha basat en models teòrics rigorosos i molt complets, que han tingut en compte tots els efectes coneguts que pogueren aparèixer en els futurs experiments de formació de pintes de freqüència bidimensionals, i que han sigut simulats mitjançant potents eines teòriques i numèriques. De fet, com apunta el professor J. Alberto Conejero, director del Departament de Matemàtica Aplicada de la UPV i coautor d'aquest treball, “en aquesta investigació s'ha construït un model molt precís que inclou tots els fenòmens que poden influir en la formació d'aquestes estructures. Funcionarà com una guia per als experiments del futur, amb el consegüent impacte econòmic en conèixer per endavant els paràmetres experimentals amb què es poden generar serps de llum estables”.

Fita científica

Aquest descobriment marca una fita en la física d'aquestes estructures i facilita el camí cap a un “apassionant futur de dispositius òptics avançats”. En el treball han participat també Salim B. Ivars (Universitat Politècnica de Catalunya), i Yaroslav V. Kartashov i Lluís Torner (ICFO). Segons aquest últim, “aquest important descobriment és remarcable per ser inesperat i sorprenent, i ha sigut possible gràcies a la intuïció i lideratge del professor Milián”.

L'equip de la UPV, la UPC i l’ICFO assegura que aquesta troballa estimularà encara més la investigació en el camp i donarà lloc a noves aplicacions i tecnologies revolucionàries. “Gràcies a aquests avanços, estem un pas més prop de desentranyar els misteris de la llum i aprofitar-ne tot el potencial en benefici de la nostra societat”, conclouen.

Referència

Ivars, Salim B.; Kartashov, Yaroslav V.; Fernández de Córdoba, Pedro; Conejero, J. Alberto; Torner, Lluis; Milián, Carles (2023). Photonic snake states in two-dimensional frequency combs. Nature Photonics https://rdcu.be/ddgm5