Las Voces de Ingenierías: La óptica y la fotónica como detonador de la innovación tecnológica
07/02/2023
Autor: Ricardo Iván Álvarez Tamayo
Cargo: Director de Facultad de Ingeniería Aeroespacial, Biónica y Mecatrónica

Sin lugar a duda, la ciencia encargada de la generación, control, manipulación y detección de partículas de luz está llamada a disrumpir el desarrollo tecnológico inmediato. Sin embargo, no siempre fue así. En la primera mitad del siglo XX, el estudio de la óptica se desaceleró pues los aportes de la óptica geométrica y la electromagnética no parecían impactar en la ciencia aplicada. Sin embargo, en 1960, la investigación experimental de Theodore Maiman, basada en la teoría de emisión estimulada de Einstein, condujo al descubrimiento del láser, que reformuló la óptica aplicada. Paralelamente, los esfuerzos por confinar y transportar luz dentro de un medio material desembocaron en las fibras ópticas, que son guías de onda luminosas con geometría cilíndrica. Desde entonces, el láser y la fibra óptica han sido aliados en una nueva era de la óptica aplicada, ahora conocida como fotónica

La afinidad entre ambos descubrimientos se hizo patente con la aparición del primer láser de fibra óptica de Sniter y Koester en 1961. Así, la capacidad para construir fuentes de luz altamente coherente que pueda viajar grandes distancias a través de un cable óptico detonó el desarrollo acelerado de las comunicaciones ópticas como principal aplicación de la fotónica a finales del siglo pasado. En un inicio la fotónica buscó la transmisión de información a través de luz confinada, con la menor cantidad de pérdidas a una alta velocidad de transmisión de información inteligible. Ahora, la fotónica se ha diversificado para atender problemas que inciden en la salud, la estadística y los procesos productivos.

En el área de la salud, la utilización de láseres y fibras ópticas abarca diferentes campos. En cirugía, por ejemplo, se usan láseres de ablación y cauterización con alta precisión, mientras que el diagnóstico se apoya de métodos espectroscópicos y endoscopía de fibra óptica. Respecto al tratamiento, la utilización de láseres pulsados permite eliminar lesiones pigmentadas y remoción de tatuajes; por su parte, los sensores de interrogación óptica permiten la detección de marcadores biológicos.

Por otra parte, la geoestadística utiliza métodos fotónicos para la detección y cuantificación de partículas suspendidas de compuestos y contaminantes (espectrometría). También utiliza técnicas como el LiDAR (Laser imaging detection and ranging) para el reconocimiento de terreno y el posicionamiento local con alta precisión. Respecto a las aplicaciones en procesos productivos, el uso de láseres y fibra óptica es muy amplio. En la industria moderna, el estándar de comunicación es la fibra óptica para la comunicación alámbrica, mientras que en espacio libre el láser empieza a ganar terreno. También, tareas de procesamiento de materiales usan láseres de alta potencia y plasma para ablación y corte. Adicionalmente, los sensores ópticos de alta resolución (basados en emplear láseres, fibras y propiedades ópticas de metamateriales) han permitido innovaciones en la fábrica digital de la Industria 4.0. Finalmente, en la industria alimentaria, farmacéutica y cosmética, los métodos ópticos modernos (interferometría y espectrofotometría) han innovado en el control de calidad no invasivo sobre la integridad del producto.

En nuestros días, se vislumbra un prometedor futuro para la fotónica. Entre los diferentes caminos de desarrollo, uno de ellos apunta a generar alianzas con la ciencia de materiales; es decir, la posibilidad de investigar y potenciar propiedades ópticas de nuevos metamateriales sintetizados que puedan ser candidatos para generar diversas aplicaciones basadas en fenómenos de interacción luz-material. En este momento, las posibilidades son optimistas para, a través de la fotónica, poner en nuestras manos los desarrollos tecnológicos que soñamos en el pasado a través de las novelas de ciencia ficción y la cinematografía. El futuro está a la vuelta de la esquina y la luz puede guiarnos a él.