Marcelo David Iturbe Castillo
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
La idea popular de que la palabra óptica se refiere al lugar donde se mide nuestra capacidad de visión y se venden anteojos es muy limitada. Uno de los objetivos de este, que es el Año Internacional de la Luz, es hacer llegar a la población en general la idea de que la luz ha influido y lo seguirá haciendo en varios aspectos de la vida cotidiana. Podemos definir la óptica, como aquella ciencia que se encarga del estudio de la luz y su interacción con la materia. La luz es una forma de energía que se propaga a la mayor velocidad posible (300 mil km/s). Por otra parte, la materia es todo aquello que posee masa y ocupa un lugar en el espacio, así que hablar de la luz implica hablar de óptica.
En México, la evidencia de que las culturas precolombinas conocían las leyes básicas de la propagación de la luz se encuentra en algunos objetos arqueológicos: como los espejos olmecas (del año 1000 a. C.) y la pintura mural de los bebedores de la zona arqueológica de Cholula, Puebla, del año 200 de nuestra era. La óptica como disciplina científica en nuestro país se empezó a cultivar con la llegada del primer graduado de doctor en óptica, Daniel Malacara Hernández, en 1965, y actualmente se tienen especialistas en varias de las ramas en la que esta ciencia se aplica.
La luz, proveniente del sol hacia nuestro planeta, permitió que apareciera la vida, así que ha sido fundamental para el ser humano, por lo que hemos desarrollado maneras para controlarla y aprovechar sus propiedades, lo que dio lugar al estudio de la óptica. Es indudable que ese conocimiento ha enriquecido otras actividades humanas, por ejemplo, el desarrollo de instrumentos, como los microscopios, permitió el avance de la biología y la medicina. También la astronomía se vio beneficiada con el desarrollo del telescopio; sin embargo, el instrumento óptico que ha servido a muchas áreas es el láser. Su invención fue en 1960 y significó una revolución en el estudio de la óptica, de tal manera que está presente en actividades tan contrastantes que van desde el esparcimiento hasta el tratamiento de algunas enfermedades.
El láser es una fuente de luz con características únicas. Podemos decir que su haz es el más puro posible, donde es muy fácil poder evidenciar la doble naturaleza de la luz: onda y partícula (fotones); dependiendo de su intensidad y color variarán los usos que se le puedan dar a esta. Por tanto, podemos decir que óptica contemporánea es aquella que tiene que ver con la generación, control, propagación y detección de luz proveniente de un sistema láser.
Algunas de las áreas donde el láser ha tenido mayor repercusión han sido en la espectroscopía y las comunicaciones. Actualmente, la alta monocromaticidad de los láseres permite realizar espectroscopias con alta precisión en las regiones visibles, infrarroja y ultravioleta. También ayudó a desarrollar la espectroscopia Raman y la no lineal, en la cual dos o más fotones interactúan con la materia, logrando transiciones no permitidas por las reglas de selección cuántica entre estados con la misma paridad. Otra técnica desarrollada a partir de la invención del láser, es la química láser-inducida (como parte de la fotoquímica), donde la luz sirve como catalizador de algunas reacciones químicas.
De manera notable se han desarrollado técnicas de manejo de partículas de dimensiones microscópicas, conocidas como pinzas ópticas, donde la luz atrapa y controla el movimiento de éstas, y ha permitido el desarrollo de trampas de átomos para generar haces coherentes con ellos. Esto último permitió lograr un nuevo estado de la materia: la condensación de Bose-Einstein. Dichas técnicas permiten manipular pequeñas partículas para escribir y controlar la materia a escalas atómicas y en tiempos tan cortos como el movimiento de los electrones.
Una de las características que presenta la luz es que en ocasiones se comporta como onda y en otras como partícula, y en su propagación sufre de un fenómeno al que se le denomina difracción, el cual se manifiesta cuando un haz de luz de extensión transversal finita se va expandiendo conforme viaja. Es posible usar lentes o espejos para intentar disminuir este efecto; sin embargo, al ser el haz de luz de extensión finita, la física de ondas lo obliga, eventualmente, a expandirse.
Existen evidencias que las culturas prehispánicas ya observaban las cualidades de la luz
En 1980 se descubrió que era factible generar haces circulares de luz que no exhibieran el fenómeno de la difracción, por lo que se les llamó haces adifraccionales o Bessel por su representación matemática. Esto provocó controversias en la comunidad científica debido a que haces de luz sin difracción violan las leyes de la física. A pesar de eso, hasta hoy se les siguen llamando adifraccionales, cuando en realidad sólo son invariantes en una determinada distancia de propagación. Una de las características que hace extraordinarios a estos haces, es que pueden reconstruirse al ser obstruidos parte de ellos, lo que ha permitido el uso de este tipo de distribuciones de luz en la manipulación de partículas y organismos vivos en tres dimensiones en escalas micro y nanométricas. También estos haces pueden tener un frente de onda en forma de tobogán, por lo que pueden poner en rotación microengranes y así crear micromotores.
Cuando la luz que se propaga en un medio genera una respuesta a la intensidad incidente, entonces el mismo medio hace que la luz se vaya modificando en alguno de sus aspectos, al irse propagando por este. Dicha interacción puede llevar a que cambie de color, su distribución transversal o su duración temporal. Estos cambios pueden ser útiles para alguna aplicación, por ejemplo el desarrollo de nuevas fuentes de luz. Así que dependiendo del tipo de interacción que se dé entre la luz de un sistema láser y un cierto medio, surgen otras subáreas de la óptica como: la no lineal, la integrada, la cuántica, fibras ópticas, fotónica, optoelectrónica, etcétera, y las que sigan apareciendo, por lo que en un futuro lo que ahora llamo óptica contemporánea las generaciones venideras llamarán óptica clásica.
Fuente: Avance y Perspectiva del Cincestav
