Hallazgo 'imposible': la luz láser puede proyectar su propia sombra

En determinadas condiciones, un rayo láser puede actuar como un objeto opaco y proyectar una sombra, un hallazgo 'imposible' que abre paso a utilizar un rayo láser para controlar otro rayo láser.

"Antes se creía que era imposible que la luz láser proyecte una sombra, ya que la luz suele atravesar otra luz sin interactuar", afirmó el líder del equipo de investigación, Raphael A. Abrahao, del Nacional Brookhaven Laboratory. "Nuestra demostración de un efecto óptico muy contrario a la intuición nos invita a reconsiderar nuestra noción de sombra".

En la revista Optica, los investigadores describen cómo utilizaron un cristal de rubí y longitudes de onda láser específicas para demostrar que un rayo láser podía bloquear la luz y crear una sombra visible debido a un proceso óptico no lineal. Este efecto se produce cuando la luz interactúa con un material de una manera dependiente de la intensidad y puede influir en otro campo óptico.

"Nuestra comprensión de las sombras se ha desarrollado de la mano de nuestra comprensión de la luz y la óptica", afirmó Abrahao. "Este nuevo hallazgo podría resultar útil en diversas aplicaciones, como la conmutación óptica, los dispositivos en los que la luz controla la presencia de otra luz o las tecnologías que requieren un control preciso de la transmisión de la luz, como los láseres de alta potencia".

La nueva investigación forma parte de una exploración más amplia sobre cómo un rayo de luz interactúa con otro rayo de luz en condiciones especiales y procesos ópticos no lineales.

La idea surgió durante una conversación durante el almuerzo, cuando se señaló que algunos esquemas experimentales realizados con software de visualización 3D representan la sombra de un rayo láser porque lo tratan como un cilindro sin tener en cuenta la física de un rayo láser. Algunos de los científicos se preguntaron: ¿podría hacerse esto en un laboratorio?

"Lo que comenzó como una divertida discusión durante el almuerzo condujo a una conversación sobre la física de los láseres y la respuesta óptica no lineal de los materiales", dijo Abrahao. "A partir de ahí, decidimos realizar un experimento para demostrar la sombra de un rayo láser".

Para ello, los investigadores dirigieron un láser verde de alta potencia a través de un cubo hecho de cristal de rubí estándar y lo iluminaron con un láser azul desde un lado. Cuando el láser verde entra en el rubí, cambia localmente la respuesta del material a la longitud de onda azul. El láser verde actúa como un objeto ordinario, mientras que el láser azul actúa como iluminación.

La interacción entre las dos fuentes de luz creó una sombra en una pantalla que era visible como un área oscura donde el láser verde bloqueaba la luz azul. Cumplía todos los criterios de una sombra porque era visible a simple vista, seguía los contornos de la superficie sobre la que incidía y seguía la posición y la forma del rayo láser, que actuaba como un objeto.

El efecto de sombra del láser es una consecuencia de la absorción óptica no lineal en el rubí. El efecto se produce porque el láser verde aumenta la absorción óptica del rayo láser iluminador azul, creando una región coincidente en la luz iluminadora con menor intensidad óptica. El resultado es una zona más oscura que aparece como una sombra del rayo láser verde.

"Este descubrimiento amplía nuestra comprensión de las interacciones entre la luz y la materia y abre nuevas posibilidades para utilizar la luz de formas que no habíamos considerado antes", dijo Abrahao.

Los investigadores midieron experimentalmente la dependencia del contraste de la sombra de la potencia del rayo láser, encontrando un contraste máximo de aproximadamente el 22%, similar al contraste de la sombra de un árbol en un día soleado. También desarrollaron un modelo teórico y demostraron que podía predecir con precisión el contraste de la sombra.

Los investigadores afirman que, desde un punto de vista tecnológico, el efecto que han demostrado demuestra que la intensidad de un haz láser transmitido se puede controlar aplicando otro láser. A continuación, planean investigar otros materiales y otras longitudes de onda láser que puedan producir efectos similares.