Logran filtrar luz por su dirección

Las ondas de luz pueden definirse a través de tres características fundamentales: su color (o longitud de onda), la polarización y la dirección. Mientras que es fácil filtrar selectivamente la luz según su color o polarización, hacerlo basándose en la dirección de propagación ha estado fuera del alcance de la ciencia, hasta ahora.

Por vez primera, se ha conseguido producir un sistema que permite que la luz de cualquier color lo atraviese sólo si incide en él con un ángulo específico; la técnica refleja toda la luz que viene de las otras direcciones. Este nuevo método podría acabar llevando hacia avances en tecnología fotovoltaica solar, detectores para telescopios y microscopios, y filtros de privacidad para pantallas.

Esta proeza científica es obra del equipo de Yichen Shen y Marin Soljačić, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos.

La nueva estructura consiste en una superposición de capas ultrafinas de dos materiales que se alternan. El grosor de cada capa es controlado de forma precisa. En configuraciones de dos materiales por capas, es habitual que en la unión entre ambos se den  algunas reflexiones. Pero en estas uniones, existe un ángulo “mágico” conocido como Ángulo de Brewster (llamado así en honor al físico escocés Sir David Brewster), y cuando un haz de luz llega exactamente con ese ángulo y con la polarización adecuada, no se produce reflexión.


En esta foto se aprecia claramente como a través de la zona rectangular, un haz de luz blanca azulada pasa como si la muestra fuera un cristal transparente. En cambio, el haz de color rojizo, que viene de una dirección distinta y por tanto incide en el filtro con un ángulo diferente, es reflejado, como si la zona rectangular fuera un espejo. (Foto: Weishun Xu y Yuhao Zhang)

Si bien la cantidad de luz reflejada en cada una de esas uniones es pequeña, combinando muchas capas con las mismas propiedades, se puede reflejar la mayor parte de la luz, excepto aquella que llega exactamente con el ángulo y polarización adecuados.

Utilizando una superposición de unas 80 capas alternas de grosor específico, el equipo de Shen y Soljačić consiguió reflejar luz en casi todos los ángulos, y con todos los colores del rango de la luz visible.

Trabajos anteriores habían demostrado formas de reflejar selectivamente toda la luz incidente excepto la de un ángulo concreto, pero esos métodos estaban limitados a un estrecho rango de colores. La amplitud del nuevo sistema, que lo convierte así en plenamente funcional,  se presta a muchas aplicaciones potenciales.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han intervenido Ivan Celanovic, Steven Johnson y John Joannopoulos, del MIT, así como Dexin Ye de la Universidad de Zhejiang en China.
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