Fabrican un innovador nanodispositivo para medir la polarización de la luz
Investigadores de la Universitat Politècnica de València y el King’s College de Londres han creado el “polarímetro perfecto”. Se trata de un nanodispositivo, 10000 veces más pequeño que su versión comercial, capaz de medir la polarización de la luz –una de las principales características de la radiación electromagnética junto a la amplitud, la fase y la frecuencia- en tiempo real y de forma no destructiva. Sus aplicaciones son numerosas, y abarcan desde la monitorización de la polarización en redes ópticas de alta velocidad, hasta la investigación química o biológica, la caracterización de medicamentos o el estudio de las galaxias, entre otras muchas. Su trabajo ha sido publicado en la revista Nano Letters.
Hasta la fecha, para medir la polarización de la luz se utilizan equipos de grandes prestaciones, pero que resultan muy voluminosos y caros. El nanopolarímetro diseñado por los investigadores de la UPV y el King’s College destaca por su reducido tamaño, bajo coste y alta sensibilidad. En esencia, se trata de una guía de silicio que incorpora una nanoantena en forma de T acoplada a ella de forma asimétrica.
La forma en T de la nanoantena acoplada a la guía es clave en el nanodispositivo. Según señala Alejandro Martínez, investigador del Centro de Tecnología Fotónica de la UPV, “cualquier nanoantena acoplada asimétricamente a la guía nos permitiría medir la polarización, pero el diseño en forma de T de nuestro nanopolarímetro permite además que su respuesta sea óptima en el sentido de permitir medir la polarización incluso de señales muy débiles, lo que es típico a escala nano”.
El polarímetro está fabricado en un chip de silicio –que sea de este material favorece su bajo coste- y no incorpora ningún metal –que introduciría pérdidas indeseadas. Además, es más pequeño que una micra cuadrada, por lo que se podrían integrar miles de nanopolarímetros en un chip para mapear la polarización de un haz de luz. Realiza una medida no destructiva de la polarización ya que deja pasar la luz a través sin cambiar su polarización, y podría funcionar en cualquier rango de longitud de onda. “Estas serían las principales características diferenciadoras de nuestro dispositivo”, destaca Amadeu Griol, investigador también de Centro de Tecnología Nanofotónica de la UPV.
Sobre su funcionamiento, los investigadores de la UPV explican que cuando la luz llega a la guía -de forma cenital- choca con la antena y parte de su luz se acopla en la guía de silicio, distribuyéndose hacia uno y otro lado. “Midiendo la potencia de luz que sale a cada lado se puede obtener la polarización de la luz incidente”, añade Alba Espinosa, otra de las investigadoras del NTC-UPV participantes en el trabajo.
La idea de desarrollar este nanopolarímetro partió de los laboratorios del Centro de Tecnología Nanofotónica, donde también se han llevado a cabo las simulaciones y medidas, así como la fabricación del dispositivo. Mientras, en el King’s College de Londres el trabajo se centró en el desarrollo del modelo teórico.
“El nanodispositivo aúna todas las características deseables en un polarímetro: mide la polarización en tiempo real, de forma no destructiva y sobre un enorme ancho de banda. Además, está integrado en un chip de silicio, por lo que se podría fabricar de forma masiva. A corto plazo, la aplicación más plausible sería la monitorización de polarización en redes ópticas con multiplexación de polarización, si bien la medida de la polarización en la escala nano nos puede dar más información sobre reacciones químicas y biológicas”, concluye Alejandro Martínez.
Referencia:
Alba Espinosa-Soria, Francisco J. Rodríguez-Fortuño, Amadeu Griol, and Alejandro Martínez. On-Chip Optimal Stokes Nanopolarimetry Based on Spin–Orbit Interaction of Light. Nano Letters. DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b00564