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Descubrimiento de investigadores abre un nuevo camino para las aplicaciones fotónicas

El Dr. De León, profesor de la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey, y sus colaboradores Robert W. Boyd y M. Zahirul Alam logran avances en el mundo de la fotónica.

Los avances planteados en el artículo ‘Gran No Linearidad Óptica del Óxido de Indio Dopado con Estaño en la Región Épsilon Cercana a Cero’ del Dr. Israel De León, profesor investigador de la Escuela Nacional de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey, publicado en la revista académica Science abren paso a la comunidad científica para desarrollar y mejorar tecnologías nanofotónicas con aplicaciones en telecomunicaciones ópticas y procesamiento óptico de datos.


TEC DE MONTERREY | AGENCIA INFORMATIVA / MÓNICA ARREOLA

La investigación realizada por el Dr. Israel De León, profesor investigador de la Escuela Nacional de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey e investigador afiliado al Centro Max Planck para la Fotónica Extrema y Cuántica, destaca en el mundo académico internacional con la publicación del artículo “Gran No Linearidad Óptica del Óxido de Indio Dopado con Estaño en la Región Épsilon Cercana a Cero”, la mañana de este jueves 28 de abril en la revista académica Science.

El artículo, escrito en colaboración entre el Dr. De León y sus colegas Robert W. Boyd, investigador del Instituto de Óptica y profesor del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Rochester en Nueva York, Estados Unidos, y M. Zahirul Alam, estudiante de doctorado del Departamento de Física y del Centro Max Planck para la Fotónica Extrema y Cuántica en la Universidad de Ottawa, Canadá, expone avances que repercuten en el mundo de la ciencia, concretamente en el ámbito de la fotónica.

Dicha ciencia estudia la generación, detección y manipulación de la luz, y constituye una parte indispensable en muchas de las tecnologías que rodean nuestras vidas, como teléfonos inteligentes, internet, e instrumentos médicos.  Las aplicaciones fotónicas dependen en gran medida de la óptica no-lineal, es decir, del comportamiento que tienen los diferentes materiales en función de la intensidad de la luz. Así que, entre más grande sea la no-linearidad de un material, mejor es para aplicaciones prácticas. 

En esa línea de investigación, el grupo de investigadores, del cual forma parte el   Dr. De León logró demostrar que el óxido de indio dopado con estaño, puede mostrar una respuesta no-lineal que es hasta 100 veces mayor que la más grande previamente conocida.

De una forma similar a la que la electrónica lo hace con electrones, la fotónica utiliza luz para transmitir información y para llevar a cabo operaciones lógicas. Un aspecto clave para ejercer control sobre la luz es manipular una propiedad específica del material, llamada índice de refracción. Cuando el índice de refracción del material cambia con la intensidad de la luz, se dice que es un material óptico no-lineal. 

De acuerdo a los investigadores, la rapidez con la que un material se recupera y el rango de los valores del índice de refracción que exhibe, es decir, que tan fuerte es la no-linearidad del material, lo hace atractivo para aplicaciones fotónicas. 

“La región ‘épsilon cercana a cero’ se refiere al rango de frecuencias ópticas en el cual el material tiene una permitividad cercana a cero, donde exhibe propiedades ópticas inusuales que bajo ciertas circunstancias nos permiten obtener una no-linearidad muy grande”, explicó el Dr. De León, quien afirmó que los resultados introducen un nuevo paradigma en la óptica no-lineal.

Generalmente –agregó- se pensaba que los efectos ópticos no-lineales eran muy pequeños al compararlos con los lineales; sin embargo, en nuestro trabajo hemos demostrado una respuesta no-lineal que es 170% el valor de la respuesta linear del material.


El Dr. De León en conjunto con el Dr. Boyd y el estudiante de doctorado Alam fueron capaces de mejorar por un factor de 100 el récord anterior de la mayor no-linearidad óptica en un material, mejora que fue posible debido a que los investigadores explotaron las propiedades ópticas inusuales que se producen en el material bajo condiciones ‘épsilon cercano de cero’. 

Aseguran que el resultado fue contundente: bajo estas condiciones el índice de refracción del material aumenta de manera abrupta al incrementar la intensidad de la luz. Además, la escala de tiempo en la que este cambio sucede es sorprendentemente rápido: 200 femto-segundos aproximadamente (un femto-segundo equivale a una mil billonécima parte de un segundo). 
“Es sorprendente que hayamos encontrado una no-linearidad óptica tan fuerte en un semiconductor conocido”, aseguró el Dr. Boyd, quien destaca que este material ha estado presente desde hace muchos años, pero hasta ahora se había pasado por alto el potencial que ofrece la región ‘épsilon cercana a cero’ de los materiales”.

La región ‘épsilon cercana a cero’ de este material ocurre a frecuencias ópticas en el rango infrarrojo, frecuencias que resultan de interés porque están en el rango utilizado por la tecnología de telecomunicaciones por fibra óptica. 

Los resultados de esta investigación abren paso a la comunidad científica para desarrollar y mejorar tecnologías nanofotónicas con aplicaciones en telecomunicaciones ópticas y procesamiento óptico de datos.

A partir del 28 de abril es posible encontrar el artículo completo en la versión digital de la revista Science



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MÓNICA ARREOLA
28.04.2016