Se fabrica por primera vez una fibra óptica de cristal fotónico con torsión longitudinal

Las fibras ópticas de cristal fotónico o microestructuradas tienen una distribución simétrica de agujeros en su sección transversal. P. St. J. Russell y sus colegas publican en Science la fabricación por primera vez una distribución de agujeros que se torsiona (rota en espiral) a lo largo de la longitud de la fibra (como muestra la figura). Este efecto introduce una quiralidad en la distribución de agujeros en el recubrimiento (cladding) alrededor del núcleo central permite la propagación multimodo en fibras que sin ella serían monomodo e introduce un nuevo grado de libertad para manipular la transmisión de luz en fibra óptica gracias a la polarización de la luz. El artículo técnico es G. K. L. Wong et al., “Excitation of Orbital Angular Momentum Resonances in Helically Twisted Photonic Crystal Fiber,” Science 337: 446-449, 27 July 2012.

La torsión en la dirección longitudinal de la distribución de agujeros en la fibra microestructurada permite un control del estado de polarización de la luz transmitida por la fibra mucho más allá de lo que permiten las fibras ópticas se sección elíptica. Como muestra esta figura, que presenta la propagación de los modos de polarización vertical (azul) y horizontal (rojo), las nuevas fibras ópticas con torsión permiten un control de la polarización en la sección transversal de la fibra lo que introduce nuevos modos discretos asociados al momento angular orbital introducido por la velocidad de la torsión (en cuantos milímetros la distribución de agujeros da una vuelta completa).

La luz guiada por el núcleo (parte central de la fibra) sufre el efecto de la torsión que actúa como un filtro para la luz en ciertas frecuencias, como muestra esta figura para dos velocidades de torsión diferentes (10,8 rad/mm y 13,6 rad/mm). Esto significa que la torsión se puede utilizar como un grado de libertad que permite filtrar ciertas frecuencias de propagación lo que puede tener interés en el desarrollo de láseres de fibra óptica y otros dispositivos completamente ópticos.

El nuevo avance supone un giro (valga la redundancia) con trabajos previos en este campo. He de confesar que yo he trabajado en la simulación por ordenador modos en fibras ópticas de cristal fotónico, aunque obviamente sin torsión, y que a mí me ha llamado poderosamente la atención este nuevo artículo que me ha dado múltiples ideas para ejecutar con mis estudiantes y colaboradores.

Observadas ondas de choque en fibras de cristal fotónico no lineales inducidas por el efecto Raman

La observación de ondas de choque en medios ópticos es difícil porque el espectro de las ondas de choque es tan ancho que las propiedades ópticas del medio cambian mucho en una región tan amplia. Las fibras de cristal fotónico son fibras ópticas con agujeros a su largo de su sección transversal. En la propagación de ondas por reflexión total interna se requiere que el índice de refracción del núcleo sea mayor que el del recubrimiento. Gracias a los agujeros en las fibras de cristal fotónico se logra un cambio entre estos índices (apertura numérica) muy pequeña, lo que permite la propagación de señales en régimen monomodo a lo largo de un espectro muy ancho. Las fibras de cristal fotónico además tienen una gran ventaja en régimen no lineal, el control del perfil del índice de refracción gracias a la distribución de agujeros permite amplificar ciertos efectos no lineales y reducir otros, con lo que se pueden estudiar ciertos efectos no lineales específicos mucho mejor que en fibras ópticas convencionales. Para señales ópticas de gran potencia la combinación de efectos no lineales y propagación monomodo de amplio espectro ha permitido la observación de muchos tipos de ondas no lineales, como los solitones y los breathers (“suspiros”). Quiero hacerme eco de un nuevo trabajo que muestra la propagación de ondas de choque en fibras de cristal fotónico no lineales diseñadas para que los efectos dominantes sean el efecto de Kerr y el efecto Raman. Aunque no son ondas de choque tan claras como en el caso hidrodinámico, los investigadores han sido capaces de observar varias ondas de choque en interacción y verificar que se comportan como predice la teoría. Un gran trabajo entre cuyos autores se encuentra, como no, el genial Philip St.J. Russell. El artículo técnico, para los interesados en más detalles, es Claudio Conti, Sebastian Stark, Philip St.J. Russell, Fabio Biancalana, “Multiple hydrodynamical shocks induced by Raman effect in photonic crystal fibres,” ArXiv, 29 Apr 2010.