Los investigadores de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV), la Universidad Politécnica de Cataluña-Barcelona Tech (UPC), el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) y el Instituto de Espectroscopia de la Academia Rusa de Ciencias (Moscú) han mostrado los resultados de un estudio en el que han descubierto los Photonic snake states (Estados de serpiente fotónica), un nuevo instrumento para desentrañar los secretos de la luz. Este estudio abre nuevas perspectivas en la formación de los peines de frecuencia, prediciendo la existencia de reglas ópticas bidimensionales, más complejas que las unidimensionales manejadas hasta ahora y que ofrecen una versatilidad sin precedentes en una amplia gama de aplicaciones.
Las reglas ópticas miden colores, tiempos, distancias y otras magnitudes esenciales de la luz. Las utilidades de los peines de frecuencia son muy variadas, y destacan sobre todo en el campo de las comunicaciones. Según explican los autores del estudio, estos peines permiten transmitir grandes cantidades de información a través de fibras ópticas de manera muy eficiente ya que, al tener las frecuencias bien definidas, se pueden enviar múltiples señales de luz al mismo tiempo y separarlas fácilmente cuando se reciben.
Para el caso de la metrología, la ciencia de la medición, estas estructuras se utilizan como referencia para definir estándares, gracias a su capacidad para generar frecuencias estables y conocidas. Esto permite realizar mediciones muy precisas en magnitudes fundamentales, como el tiempo o la longitud, relevantes para la mayoría de los campos científicos.
Por último, los peines de frecuencia también han encontrado aplicaciones prometedoras en la computación cuántica, donde las partículas de luz (o fotones) juegan un papel fundamental. En concreto, los peines de frecuencia pueden utilizarse para generar fotones individuales con propiedades específicas, lo que es crucial para el desarrollo de estas tecnologías.
Serpientes fotónicas
Un problema fundamental que hay que analizar para tener éxito en estas propuestas es el de las inestabilidades que aparecen cuando se intenta construir estas reglas ópticas y que impiden generar formas de luz versátiles. Los investigadores de este estudio han obtenido las condiciones para que la estructura de luz sea estable, encontrando configuraciones en forma de zig-zag, llamadas serpientes fotónicas. La estabilidad de estos estados de luz es un aspecto crucial para las aplicaciones futuras.
Asimismo, en este artículo se ha demostrado que es posible crear una disposición bidimensional de reglas ópticas sincronizadas entre sí y accesibles individualmente. Este descubrimiento proporciona una amplia colección de reglas generadas en un único dispositivo y controladas por una sola fuente de luz láser. De hecho, se podría permitir el desarrollo de dispositivos monolíticos multipeine reconfigurables y de banda ancha. Estos dispositivos suministrarían diferentes peines de frecuencia bajo demanda y en tiempo real, ampliando significativamente las aplicaciones existentes.
Por último, este estudio se ha basado en modelos teóricos rigurosos y muy completos, que han tenido en cuenta todos los efectos conocidos que pudieran aparecer en los futuros experimentos de formación de peines de frecuencia bidimensionales, y que han sido simulados mediante potentes herramientas teóricas y numéricas. En esta investigación se ha construido un modelo muy preciso que incluye todos los fenómenos que pueden influir en la formación de estas estructuras.
Según los investigadores, el estudio funcionará como una guía para los experimentos del futuro, con el consiguiente impacto económico al conocer de antemano los parámetros experimentales con los que se pueden generar serpientes de luz estables.