Un estudio demuestra cómo la impresión 3D de nanoestructuras permite generar haces de luz estructurada que mejoran las fibras ópticas

La Universidad de Alicante, mediante el trabajo de investigación de Andrés Márquez, catedrático de Física Aplicada y miembro del Grupo de Holografía y Procesado Óptico (GHPO) de la UA, ha colaborado en el grupo de investigación que ha publicado un estudio en la revista Nature Communications con el que demuestran cómo la impresión 3D de nanoestructuras sobre la punta de una fibra óptica permite generar haces de luz estructurada con el control independiente de la polarización y la fase del haz de luz en cada punto del frente de onda.

«Nuestro trabajo proporciona un paradigma para el avance de la ciencia y la tecnología de la fibra óptica hacia la conformación de la luz integrada en la fibra, que puede encontrar importantes aplicaciones en las comunicaciones por fibra, láseres y sensores de fibra, imágenes endoscópicas, litografía de fibra y tecnología lab-on-fiber», indican los firmantes del estudio.

Las fibras ópticas están presentes de manera cotidiana en la sociedad actual como elementos fundamentales que han permitido, en las últimas décadas, la explosión en la capacidad de transmisión de información asociada al auge de internet y de las comunicaciones móviles. Muchas de las líneas de suministro de internet en domicilios, por ejemplo, pasan por estas fibras cuyo diámetro del núcleo es diez veces menor que un cabello.

Con ello, la capacidad de transmisión de información ha aumentado a un ritmo exponencial gracias a los avances en tecnologías como las fuentes láser o los receptores usados en los enlaces y también en toda la electrónica de procesado digital y los nuevos métodos de codificación de la señal para aumentar la eficiencia del canal físico de transporte, que es la fibra.

Según explica el investigador de la UA, «uno de los avances fundamentales comenzó en la década de los 90, con la introducción del multiplexado en longitud de onda, lo que permite usar el mismo canal de fibra para transportar de manera simultánea varias decenas e incluso centenares de señales ópticas con longitudes de onda muy próximas entre sí, pero que a pesar de ello se propagan de manera independiente».

La revolución de las metasuperficies

La luz es una onda electromagnética que permite transportar información a través de la modificación de sus propiedades. En las aplicaciones más avanzadas se consiguen modificar estas propiedades a nivel local, de modo que el frente de onda no es homogéneo, sino que tiene una estructura, con lo que estos haces de luz pueden tener estructuras muy distintas. Estos haces estructurados permiten, por ejemplo, que en comunicaciones ópticas se puedan transmitir varios canales de información simultáneamente donde la diferencia entre ellos es la estructura de su frente de onda, lo que permite aumentar la capacidad de transmisión de información que necesita la sociedad actual.

«Para conseguir “escribir” esta información a nivel local en un haz de luz se necesita interactuar a nivel nanométrico con el frente de onda, lo cual es posible a través de las metasuperficies. Éstas surgen en la última década y están formadas por unidades estructurales de tamaños submicrométricos, los llamados metaátomos, que tal como haría un átomo, interactúan con la luz incidente absorbiéndola, retardándola o cambiando su plano de polarización», detalla Márquez.

Según ha demostrado el artículo publicado en Nature Communications, «la revolución de las técnicas de impresión 3D mediante impresoras especiales, que combinan haces de escritura láser ultrarrápidos (láseres de femtosegundo) y polímeros que polimerizan en reacciones multifotón, ha sido esencial para poder cubrir los objetivos perseguidos en la presente investigación».

La publicación de este trabajo es resultado de la colaboración entre diversos grupos y centros de investigación de Alemania, Australia, Inglaterra y Brasil, entre los que se encuentra, además, el grupo de Holografía y Procesado Óptico (GHPO) del Instituto Universitario de Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías (IUFACyT) de la Universidad de Alicante, al que pertenece el profesor Andrés Márquez. Diversas estancias realizadas por el catedrático de la UA en el Nanoinstitute de la Universidad de Múnich «han permitido reunir las especialidades necesarias para poder llevar a cabo un proyecto tan complejo tanto a nivel de fundamentos teóricos, de diseño y simulación, de fabricación y de evaluación a nivel experimental de los dispositivos fabricados», concluye el propio investigador.

Cabe señalar que este proyecto ha recibido financiación de proyectos de investigación de los grupos involucrados, entre ellos, en el caso del GHPO, de los proyectos Prometeo de la Generalitat Valenciana y del Ministerio de Ciencia e Innovación del Gobierno de España.