La fibra óptica autolimpiante puede ayudar a monitorear el entorno y diagnosticar el cáncer

Investigadores de la Universidad de Tampere han desarrollado con éxito un nuevo diseño de fibra óptica que permite la generación de luz láser de arco iris en la región electromagnética de la huella molecular. Esta nueva fibra óptica con un haz autolimpiante puede ayudar a desarrollar aplicaciones para, por ejemplo, el etiquetado de contaminantes, el diagnóstico del cáncer, la vigilancia ambiental y el control de alimentos. El hallazgo fue publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

Cuando un pulso de luz ultracorto de alta potencia interactúa con un material como una fibra óptica de vidrio, se produce una variedad de interacciones altamente no lineales que provocan cambios complejos en las propiedades temporales y espectrales de la luz inyectada. Cuando se llevan al extremo, tales interacciones pueden conducir a la generación de un láser de arco iris de luz comúnmente conocido como fuente de luz supercontinua. Desde su primera demostración en un tipo especial de fibra óptica en el año 2000, la luz láser supercontinua ha revolucionado muchas áreas de la ciencia, desde la metrología y la obtención de imágenes con una resolución sin precedentes hasta la detección remota de banda ultraancha e incluso la detección de exoplanetas.

Sin embargo, el cuello de botella actual con las fuentes supercontinuas actuales es que se basan en fibras ópticas que admiten un solo perfil o modo de intensidad transversal, lo que inherentemente limita su potencia óptica. Además, las fibras ópticas convencionales están hechas de vidrio de sílice con transmisión limitada a la región visible e infrarroja cercana del espectro. La extensión de la luz supercontinua a otros regímenes de longitud de onda, como el infrarrojo medio, requiere fibras ópticas hechas de los llamados vidrios blandos, pero estos poseen un umbral de daño más bajo que la sílice, lo que limita aún más la potencia del haz supercontinuo.

Fibra óptica sin sílice con haz autolimpiante

Recientemente, se ha demostrado que un tipo diferente de fibra óptica con un índice de refracción que varía continuamente a lo largo de la estructura de la fibra produce un aumento espectacular en la potencia supercontinua, al mismo tiempo que conserva un perfil de intensidad de haz suave. «La variación del índice de refracción de tales fibras ópticas de índice gradual conduce a un enfoque y desenfoque periódicos de la luz dentro de la fibra que permite el acoplamiento entre interacciones luz-materia no lineales espaciales y temporales. Esto conduce a un mecanismo de autolimpieza que produce luz supercontinua con alta potencia y un perfil de haz limpio. Además de sus muchas aplicaciones, también proporcionan un medio para estudiar los efectos físicos fundamentales como la turbulencia de las olas», dice el profesor Goëry Genty, líder del grupo de investigación de la Universidad de Tampere.

Si bien estas fibras recientemente han atraído una atención significativa de la comunidad científica, su uso ha estado, hasta ahora, restringido al visible y al infrarrojo cercano. En colaboración con el grupo de los Profs. Buczynski y Klimczak en la Universidad de Varsovia (Polonia) y el grupo del Prof. Dudley en la Universidad de Borgoña France-Comté (Francia), el equipo de Tampere demostró por primera vez la generación de un supercontinuo de dos octavas desde el visible al infrarrojo medio en una fibra de índice graduado sin sílice con un haz autolimpiante.

«Este problema ahora se ha resuelto mediante el uso de un diseño particular que utiliza dos tipos de varillas de vidrio de plomo-bismuto-galato con diferentes índices de refracción para producir un núcleo nanoestructurado. El resultado es una fibra de índice gradual con un perfil de índice de refracción parabólico eficaz. con transmisión hasta el infrarrojo medio y, como guinda del pastel, interacciones no lineales mejoradas entre la luz y la materia», dice la investigadora Zahra Eslami.

Gran potencial en diagnóstico y monitorización.

El infrarrojo medio es de crucial interés ya que contiene las transiciones vibratorias características de muchas moléculas importantes.

«La nueva solución conducirá a fuentes de luz supercontinua más eficientes en el infrarrojo medio con muchas aplicaciones potenciales, por ejemplo, para el etiquetado de contaminantes, diagnóstico de cáncer, visión artificial, monitoreo ambiental, calidad y control de alimentos», explica Genty.

Los investigadores anticipan que este nuevo tipo de fibra se convertirá muy pronto en un material importante y estándar para la generación de fuentes de banda ancha y peines de frecuencia.

Proporcionado por la Universidad de Tampere