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Jueves 4 de mayo de 2006
ENTORNO TECNOLOGICO
Fotónica: la revolución luminosa
En la industria, la medicina, la astronáutica, la informática o las tecnologías del sonido y la imagen son inmensas las aplicaciones de la fotónica
CUAUHTEMOC VALDIOSERA R.
De la misma forma que el microprocesador revolucionó la electrónica a partir de 1971, la transmisión de información fundada en la óptica está a punto de convertirse en el motor de la próxima ola de innovaciones. La fotónica (generación y transmisión de la luz) tiene aplicaciones en casi todos los sectores industriales: tecnologías de la imagen y de la información, así como en la salud.
La óptica y el fotón, después de haber conquistado las telecomunicaciones, van a invadir progresivamente nuestras computadoras y a duplicar sus posibilidades. La sustitución del electrón por el fotón en nuestras PC representa todavía un gigantesco desafío tecnológico, ya que hay que concebir y realizar nuevos tipos de transistores, componentes de memoria y circuitos capaces de utilizar en toda su potencia esta fascinante partícula elemental, constituyente básico de la luz, que se comporta como una partícula "puntual" y también como una onda difusa.
Entre las propiedades sorprendentes del fotón, algunas podrían resultar muy útiles en informática, como por ejemplo que muchos haces de fotones pueden cruzarse sin interferir entre sí.
Así, junto con la espintrónica, la fotónica constituye uno de los próximos saltos tecnológicos que aportarán cambios drásticos tanto al sector de las telecomunicaciones como al de la informática.
Recientemente, una nueva etapa importante en el dominio de la fotónica ha sido franqueda por investigadores franceses. Bombardeando proteínas de pollo con un rayo láser, científicos de Estrasburgo pueden haber puesto a punto el disco duro del futuro: la memoria holográfica, que podrá almacenar el equivalente a 27 DVD en un fino soporte del tamaño de un CD.
Bautizada como hipermemoria difractiva, esta técnica recurre a las proteínas animales que almacenan datos y que se deforman bajo el efecto de un rayo láser, modulado a su vez en función de los datos a registrar, explica Patrick Meyrueis, director del laboratorio de fotónica de la Universidad Louis Pasteur de Estrasburgo. Deformadas de esta manera, las moléculas de las aves, una vez depositadas sobre un soporte de vidrio o de plástico, forman una imagen holográfica que puede ser leída con ayuda de un láser. Estos datos son inscritos gracias a la luz y almacenados en una imagen holográfica que contiene 128 gigas.
Por el momento esta memoria holográfica no es regrabable, pero los investigadores estudian los efectos de la luz sobre otras proteínas, particularmente las contenidas en las algas, para disponer de una memoria holográfica regrabable a voluntad. Así conseguirían discos duros de gran capacidad, accesibles a enorme velocidad.
En los laboratorios de Estrasburgo los investigadores trabajan también con un micrófono óptico ultrasensible, que funciona gracias a las interferencias provocadas por el sonido sobre la propagación de la luz en las fibras ópticas.
Usando el mismo principio, estos investigadores han puesto a punto un sismógrafo fotónico capaz de detectar ínfimos movimientos telúricos estudiando su impacto sobre la propagación de un rayo de luz.
Otros investigadores en fotónica, particularmente en París, han puesto a punto lentes extraplanas "líquidas", constituidas por una gota de agua depositada en aceite entre dos láminas de cristal.
Sometida a un impulso eléctrico, la gota de agua es capaz de identificar un objeto colocado delante de ella, abriendo así el camino a la incorporación de lentes autofocales extraplanas en las cámaras fotográficas digitalizadas y miniaturizadas de los teléfonos móviles.
En medicina, astronáutica, informática o las tecnologías del sonido y la imagen, la fotónica y sus aplicaciones son inmensas. Las corrientes de partículas luminosas, los fotones, empiezan a hacerse hueco entre nosotros y algunas de sus aplicaciones ya son imprescindibles: los lectores de código de barras, las aplicaciones del láser en la medicina y la televisión digital.
Pero, como con la espintrónica, la fotónica en nuestra vida cotidiana estará estrechamente vinculada a los esfuerzos financieros que se destinen en materia de investigación teórica y fundamental.
De permanecer esta carrera tecnológica, se hará del fotón el gran vector unificador de las telecomunicaciones, la informática y la multimedia en 2030.
La electrónica funciona con electrones, y estamos muy acostumbrados a usar aparatos electrónicos como la radio, la televisión, el teléfono, la computadora, etcétera. Por el contrario, la fotónica funciona con corrientes de partículas luminosas, los fotones. No estamos aún muy acostumbrados a usar en la vida diaria aparatos fotónicos, aunque cada vez las aplicaciones fotónicas están más presentes a nuestro alrededor.
Así, tenemos algunos aparatos clásicos, como las cámaras fotográficas, telescopios y microscopios, y otros más recientes, como los lectores de códigos de barras, los punteros láser, los láseres de las discotecas, etcétera. Casi todos estos aparatos combinan una parte electrónica y otra fotónica, como las pantallas de las PC, los proyectores de video, las cámaras fotográficas digitales y muchos otros desarrollos en boga.
La fibra óptica y las comunicaciones ópticas a la velocidad de la luz son imprescindibles, pues cada día se requiere mayor movimiento de información por Internet y la televisión digital por cable, lo que hace necesario un sistema de alta capacidad de transmisión donde los conductores eléctricos quedan saturados. Por las fibras ópticas podemos enviar la información en forma de haz láser a la velocidad de la luz. Además, la más moderna tecnología permite enviar muchas comunicaciones a la vez por la misma fibra, enorme ventaja respecto de los cables eléctricos, simplemente usando luces de varios colores distintos.
Otro ejemplo son los hologramas. En una fotografía normal la imagen está impresa en el papel. Es la imagen de intensidad de luz que tomó la cámara con su objetivo. Por el contrario, con el holograma conseguimos fabricar una copia de las ondas luminosas que venían desde el objeto. Es como si tuviésemos delante el mismo objeto (sólo ópticamente, pues éste ya no está). En su lugar está el holograma, que nos envía información de la intensidad de luz y del relieve del objeto, así que lo veremos en 3D.
Así, en un futuro cercano podemos pensar en una televisión 3D. Aquí hay que considerar dos aspectos: la cantidad de información que hay que transmitir para producir un holograma, y la resolución del elemento que forma la imagen.
Parece que aún estamos algo lejos de esta aplicación fotónica, aunque la tecnología se desarrolla muy rápidamente en este campo. Aún se tardará unos años en que sea realidad la televisión holográfica.
Uno de los retos importantes de la fotónica es la computación óptica. Los procesadores actuales no pasan mucho más allá de 3 mil millones de sencillas operaciones por segundo, y aun así a veces nos parecen lentos, pero estamos cerca del límite de velocidad con corrientes de electrones. Usando la luz podríamos aumentar aún mucho más la velocidad de cálculo, tal vez hacerlos un millón de veces más rápidos.
Lo más significativo de la nueva computación óptica es sin duda la posibilidad de aumentar la potencia de los moduladores ópticos, miniaturizar su tamaño y el consumo eléctrico, reducir su costo y de esta forma integrar a la fibra óptica todos los niveles de la cadena digital, desde el núcleo de un procesador hasta las comunicaciones a larga distancia.
Durante los años recientes, los investigadores de Intel han estado explorando de manera activa el uso del silicio como base principal de los componentes fotónicos. Esta investigación ha cimentado la fama de esa firma en un campo especializado conocido como fotónica de silicio, el cual parece asegurar que dará soluciones que romperán las antiguas limitaciones del silicio como material para fibras ópticas.
En un gran avance, los investigadores de Intel han desarrollado un modulador óptico basado en silicio que funciona a un gigahertzio, que representa un aumento de más de 50 veces el récord de la investigación anterior: aproximadamente 20 megahertzios. El importante descubrimiento tecnológico fue dado a conocer en la publicación científica Nature.
Cada día que pasa aparecen nuevas aplicaciones de la fotónica. La luz láser está cada vez más presente en nuestras casas. En el campo de la salud también avanzan rápidamente las aplicaciones fotónicas. Por ejemplo, dentro de muy poco las radiografías se harán con luz láser visible, que es mucho menos peligrosa que los rayos X.
En México, en el departamento de fotónica de la UAM, se realizan estudios sobre la investigación y desarrollo de nuevas tecnologías para generar y manejar luz y otras formas de energía radiante, de las cuales su unidad cuántica es un fotón.
Este departamento enfoca y aplica su investigación fundamental a cuatro temas principales: ingeniería láser, espectroscopía óptica, materiales ópticos avanzados y superficies ópticas. Su misión es incrementar el conocimiento alrededor de la interacción de la materia con los fotones. Esto permitirá oportunidades para nuevas y avanzadas tecnologías que en un futuro cercano puedan mejorar el confort humano.
El entrenamiento de científicos calificados en fotónica, mediante el doctorado y la maestría, es uno de los mejores instrumentos para divulgar e impulsar esta misión en el país.
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