Micropatrones en la punta de una fibra óptica
En la actualidad las fibras ópticas juegan un papel importante en nuestra vida cotidiana, la podemos encontrar en algunos juguetes, árboles navideños donde sustituyen las series por fibra óptica de plástico y si deseamos navegar por internet a altas velocidades la solución contratar el servicio por fibra óptica. La mayor aplicación de las fibras ópticas está enfocada a la transmisión de datos en forma de pulsos de luz a altas velocidades y largas distancias con muy poca pérdida de información, además es inmune a efectos electromagnéticos.
Una fibra óptica es un pequeño filamento de silicio fundido (vidrio) o plástico por la cual se propaga la energía electromagnética en forma de luz, está compuesta por un núcleo y un revestimiento, cuyo diámetro total es alrededor de 125 micrómetros (fibra estándar para el servicio de transmisión de datos). Para tener una mejor idea de las dimensiones de una fibra es posible compararla con el cabello de una persona; el diámetro de un cabello promedio mide 70 micrómetros, mientras que cabellos extremadamente gruesos alcanzan 170 micrómetros.
Existen dos tipos de fibras ópticas: monomodo y multimodo, la primera se caracteriza por tener un núcleo menor a 10 micrómetros mientras que para una fibra multimodo su núcleo es mayor. La propagación de la luz en una fibra óptica se basa en los principios fundamentales de la óptica, la reflexión y refracción de la luz, aunque esta propagación también se puede detallar resolviendo las ecuaciones de Maxwell, dichas soluciones se conocen como modos, cada modo es un patrón de propagación de la luz dentro de la fibra óptica. En una fibra óptica monomodo la luz que se propaga tiene un solo modo o patrón y se conoce como modo LP01 (el cual es muy intenso en el centro y decae al alejarse del centro), mientras que la fibra óptica multimodo la luz que se propaga puede hacerlo de uno o más patrones o modos, por ejemplo el modo TM01 (en el centro no hay luz dando origen a un anillo de luz) o el modo LP11 donde se obtiene dos haces de luz.
En el Laboratorio de Fibra Óptica de la Universidad Politécnica de Tulancingo (UPT) se utilizan las fibras ópticas con un enfoque científico aprovechando sus características de propagación de luz. En este laboratorio, estudiantes de Maestría en Computación Óptica así como estudiantes del Doctorado en Optomecatrónica han trabajado en temas que incluyen la fibra óptica para la generación y manipulación de micro-burbujas, implementación de sensores para medir índices de refracción, medición de presión y temperatura en líquidos.
Recientemente, en el Laboratorio de Fibra Óptica se realizó un estudio teórico-experimental sobre la generación de micro-patrones de nanopartículas adheridas a la punta de una fibra óptica usando los modos que se propagan en una fibra óptica. Los resultados de este estudio fueron enviados a la revista con prestigio internacional Laser Physics Letters. Después de una evaluación estricta por científicos expertos en el tema, la revista publicó el trabajo el pasado mes de marzo y es posible consultarlo de forma libre en la siguiente dirección https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1612-202X/ab0c88.
Es importante mencionar que este trabajo está dirigido hacia la construcción, implementación y/o optimización de sensores ópticos de alta precisión, manipulación de micro-objetos a través de gradientes de temperatura, dispersión Raman, cavitación óptica, entre otras.
DR. JOSÉ ORTEGA / ING. ARTURO CUZMÁN
jose.ortega@upt.edu.mx