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Nov 16, 2023

Científicos doblaron malditos rayos láser para crear esta imagen detallada de un gato

Jennifer Ouellette - 15 de agosto de 2022 8:41 p. m. UTC Todos los dueños de gatos saben

Jennifer Ouellette - 15 de agosto de 2022 8:41 p. m. UTC

Todos los dueños de gatos saben cómo sus compañeros felinos se deleitan persiguiendo un diminuto punto de luz desde un simple puntero láser. Ahora, los físicos brasileños han descubierto cómo atrapar y doblar la luz láser en formas intrincadas, produciendo la impresionante imagen fotorrealista de un gato que se muestra arriba. Entre otras aplicaciones potenciales, su método, descrito en un artículo reciente publicado en arXiv de física, podría resultar útil para construir mejores trampas ópticas para crear nubes de átomos ultrafríos para una variedad de experimentos cuánticos.

La capacidad de producir y controlar con precisión la forma de los rayos láser con alta fidelidad es vital para muchos segmentos de la investigación y la industria, según los coautores Pedro Silva y Sergio Muniz de la Universidad de Sao Paulo. Agrupan la mayoría de los enfoques de ingeniería de frente de onda en dos categorías básicas.

El primero incluye enfoques como microespejos digitales (DMD) y moduladores ópticos acústicos (AOM), que son fáciles de implementar y cuentan con una respuesta rápida para un control de retroalimentación casi en tiempo real. Pero tienen una capacidad limitada para controlar la fase del campo de luz y no pueden crear ciertos tipos de luz estructurada. También son propensos a motas, difracción u otras distorsiones.

El segundo grupo incluye la holografía y varios métodos controlados por fase, que pueden crear haces vectoriales y de luz con estructura de fase. La contrapartida es velocidades de control más lentas y la falta de retroalimentación en tiempo real. Silva y Muniz querían idear un enfoque de control de fase que implementara algunas de las características deseables de los DMD y AOM, en particular, el mapeo de píxel a píxel, la codificación simple de patrones de luz, una retroalimentación más rápida y un control más preciso.

Esencialmente, mejoraron un método anterior propuesto en 2007 para obtener resultados más nítidos y fluidos. Polarizaron un láser de diodo para que coincidiera con la orientación de un cristal líquido que cumple el propósito de un modulador de luz espacial. Podrían organizar los cristales con campos electromagnéticos para crear una serie de prismas. La programación del modulador permitió a Silva y Muniz usar esos prismas para crear varias formas geométricas arbitrarias y la imagen completamente detallada de un gato.

"Mostramos resultados experimentales que demuestran que no solo se pueden crear formas geométricas simples y planas utilizando el método descrito, sino también imágenes complejas y ricas en funciones con distribuciones de intensidad detalladas", escribieron los autores. Y su método podría aplicarse para dar forma a haces de láseres pulsados ​​de mayor potencia o incluso láseres ultrarrápidos.

Entre las aplicaciones útiles se incluyen la creación de patrones ópticos y la litografía, así como la captura óptica de átomos ultrafríos para crear sistemas como los condensados ​​de Bose-Einstein (BEC), que son ideales para simular efectos cuánticos. Por ejemplo, un BEC puede "amplificar" átomos de la misma manera que los láseres amplifican fotones, lo que permite a los científicos estudiar el extraño y pequeño mundo de la física cuántica como si lo estuvieran mirando a través de una lupa. Los físicos incluso han logrado atar "nudos cuánticos" en BEC y hacer películas de cómo los nudos se descomponen, o se "desatan", poco después de formarse antes de convertirse en un vórtice.

Pero estos son sistemas cuánticos frágiles y deben manipularse con cuidado. Por lo tanto, una trampa óptica debe ser muy suave y precisa, ya que cualquier imperfección sacaría a los átomos de su estado cuántico.

"Honestamente, no tengo buenas ideas de cosas que podrías hacer con átomos ultrafríos o cualquier cosa usando la imagen de un gato, pero es una especie de proxy para mostrar que puedes hacer características muy finas y precisas", Muniz. le dijo a New Scientist. "Podemos hacer estas bonitas imágenes de gatos, pero también podemos usar este sistema para hacer simulaciones cuánticas de electrones y superconductividad [usando átomos ultrafríos atrapados]".

DOI: arXiv, 2022. 10.48550/arXiv.2204.09724 (Acerca de los DOI).

Imagen de listado por PF Silva & SR Muniz, 2022