Haz de vórtice óptico – BusinessMole

Última actualización en: 28 de marzo de 2024, 18:37

Un haz de vórtice óptico es un tipo de haz de luz que transporta un momento angular orbital y tiene un frente de onda moderadamente único. Tras análisis de laboratorio, se descubrió que la mayoría de los rayos de luz convencionales presentan un frente de onda plano o radialmente simétrico. Si el haz está extremadamente aberrado, mostrará un frente de onda más complejo. Sin embargo, cuando se trata del haz de vórtice óptico, este haz muestra un frente de onda único donde la fase permanece constante alrededor de la coordenada radial, pero cambia en dirección azimutal. El patrón de fase de un haz de vórtice óptico se asemeja al de un vórtice o remolino de fluido, similar a los que se encuentran en los fluidos sumergidos. De esta similitud se origina el nombre «vórtice».

Placa de fase óptica

Necesitamos un elemento óptico, como un filtro, para crear este patrón de fase único en el frente de onda del haz. Este elemento óptico se conoce como placa de fase óptica. La superficie de este elemento óptico parece una escalera de caracol donde cada escalón introduce una clara diferencia en el camino óptico. Esta es la razón por la que otro nombre comúnmente utilizado para la placa de vórtice óptico es placa de fase en espiral.

Al enfocar un haz óptico de vórtice con una lente positiva se produce un punto enfocado diferente del típico haz gaussiano visto con láseres convencionales. En cambio, exhibe un patrón distintivo en forma de rosquilla debido a la estructura de fase única del haz de vórtice. El lugar tiene una estructura en forma de anillo alrededor de una zona central de irradiancia cero. Aunque se puede obtener un patrón de irradiancia similar utilizando una determinada combinación de modos Laguerre-Gaussianos, es más conveniente utilizar una placa de fase de vórtice óptico para obtener este tipo de patrón de haz.

Aplicaciones

Los haces ópticos de vórtice tienen muchas aplicaciones en diversos campos. La computación cuántica es un campo emergente donde se pueden encontrar aplicaciones notables de los haces de vórtices ópticos. Para codificar información cuántica, un haz de vórtice es útil ya que tiene momento angular, también conocido como carga topológica. Otro uso importante de un haz de vórtice óptico se encuentra en la microscopía de fluorescencia, donde un haz de vórtice óptico ayuda al sistema de imágenes a lograr una resolución que excede el límite de difracción establecido para la longitud de onda operativa. Básicamente, podemos lograr esto simplemente haciendo brillar dos haces con diferentes longitudes de onda sobre la muestra. En la microscopía de agotamiento de emisiones estimuladas (STED), se utilizan dos haces con diferentes longitudes de onda. Un haz estimula la fluorescencia en la muestra, mientras que el otro pasa a través de una placa de fase de vórtice óptico. Cuando estos rayos coinciden en la muestra, el patrón de vórtice de la placa de fase hace que el área iluminada sea más pequeña de lo que se puede obtener convencionalmente basándose en el límite de difracción de la longitud de onda de fluorescencia. Esto da como resultado una resolución mejorada, lo que permite observar detalles más finos en la muestra. Los haces ópticos de vórtice también tienen aplicaciones cruciales en el procesamiento de materiales, como el corte, la perforación y la fabricación aditiva.