Una perspectiva emocionante en la óptica moderna es explotar « patrones de luz », cómo se ve la luz en sus muchos grados de libertad, a menudo denominada luz estructurada.
Cada patrón podría formar un alfabeto de codificación para la comunicación óptica o podría usarse en la fabricación para mejorar el rendimiento y la productividad. Desafortunadamente, los patrones de luz se distorsionan cuando pasan a través de canales ruidosos, por ejemplo, fibra óptica estresada, óptica aberrada, tejido vivo turbio y quizás un ejemplo muy grave, la turbulencia atmosférica en el aire.
En todos estos ejemplos, el patrón distorsionado puede deteriorarse hasta el punto de que el patrón de salida no se parece en nada a la entrada, anulando el beneficio. Ahora, investigadores de la Universidad de Witwatersrand (Universidad de Wits) en Sudáfrica han demostrado cómo es posible encontrar formas de luz sin distorsiones que salen de un canal ruidoso exactamente de la misma forma en que se colocaron.
Usando la turbulencia atmosférica como ejemplo, demostraron que estas formas especiales de luz, llamadas modos propios, se pueden encontrar incluso en canales muy complejos, emergiendo sin distorsiones, mientras que otras formas de luz estructurada serían irreconocibles. la revista insignia de SPIE, la sociedad internacional de óptica y fotónica.
« Pasar la luz a través de la atmósfera es crucial en muchas aplicaciones, como la óptica del espacio libre, la detección y el suministro de energía, pero encontrar la mejor manera de hacerlo ha resultado ser un desafío », dice el profesor Andrew Forbes, director del Laboratorio de Luz Estructurada de la Universidad de Wits..
Tradicionalmente, se ha utilizado un enfoque de prueba y error para encontrar las formas de luz más sólidas para algún canal ruidoso en particular, pero hasta la fecha, todas las formas de luz estructurada familiar han demostrado estar distorsionadas a medida que el medio se vuelve progresivamente más ruidoso. La razón es que « vemos » la distorsión.
Para establecer si es posible crear luz que no « vea » la distorsión, atravesándola como si no estuviera allí, los investigadores trataron el canal ruidoso como un operador matemático y formularon una simple pregunta : « ¿qué formas de luz ser invariante a este operador. » En otras palabras, qué formas de luz aparecen como el modo natural del canal en el que se encuentra, para que no vea la distorsión. Esto también se puede llamar los modos propios verdaderos del canal.
El ejemplo abordado fue el caso severo de distorsiones debidas a turbulencias atmosféricas. La respuesta al problema reveló formas de luz irreconocibles, en otras palabras, luz que no pertenece a ninguna familia de luces estructuradas conocida, pero que, sin embargo, es completamente robusta para el medio. Este hecho fue confirmado experimental y teóricamente para condiciones de turbulencia débil y fuerte.
« Lo emocionante del trabajo es que abre un nuevo enfoque para estudiar la luz compleja en sistemas complejos, por ejemplo, en el transporte de luz clásica y cuántica a través de fibra óptica, canales submarinos, tejido vivo y otros sistemas altamente aberrados », dice Forbes..
Debido a la naturaleza de los modos propios, no importa cuán largo sea este medio, ni cuán fuerte sea la perturbación, por lo que debería funcionar bien incluso en regímenes donde fallan los procedimientos correctivos tradicionales, como la óptica adaptativa.
« Mantener la integridad de la luz estructurada en medios complejos allanará el camino para el trabajo futuro en la obtención de imágenes y la comunicación a través de canales ruidosos, particularmente relevante cuando las formas estructuradas de luz son estados cuánticos frágiles ».