La metrología, disciplina fundamental en la industria moderna, establece los estándares que permiten medir el mundo que nos rodea. En particular, la metrología óptica ha utilizado históricamente el principio de interferencia, un concepto que ha permanecido prácticamente inalterado desde la época de Thomas Young hace más de 200 años. Sin embargo, recientes investigaciones sugieren que es posible obtener información adicional al extrapolar esta noción a otros grados de libertad.
En un artículo publicado en la revista Light: Science & Applications, un equipo de científicos liderado por el profesor Lixin Guo de la Universidad de Xidian explora las perspectivas pasadas y futuras de la metrología óptica, centrándose en el momento angular orbital (OAM, por sus siglas en inglés). El trabajo detalla principios fundamentales, aplicaciones y avances significativos en este campo.
Los investigadores han demostrado cómo la luz retorcida que transporta OAM puede utilizarse para establecer nuevos paradigmas en la medición, como el seguimiento de la posición de partículas en tres dimensiones. Esto se logra mediante una interpretación moderna del efecto Doppler, que permite observar desplazamientos de frecuencia dependiendo tanto del OAM como de la polarización de la luz. Según el profesor Andrew Forbes, coautor del estudio, «el efecto Doppler original solo podía rastrear el movimiento hacia o desde el observador, pero la incorporación del momento angular orbital en la luz permite el seguimiento del movimiento en todas las direcciones, incluyendo el movimiento rotacional». Este avance ha revolucionado la metrología de sistemas dinámicos.
Además de la evolución de las herramientas existentes, la investigación ha dado lugar a la invención de nuevos instrumentos. Un ejemplo es el concepto de un espectro de OAM que actúa como la ‘firma’ de un sistema: cuando la luz OAM atraviesa un medio complejo, su OAM se altera, lo que resulta en cambios en la forma del espectro de OAM. «Esta huella dactilar de OAM del medio contiene una gran cantidad de información que puede ser aprovechada», afirma el Dr. Mingjian Cheng, autor principal del estudio.
El artículo también señala que, si el espectro de OAM se interpreta a través de algoritmos de aprendizaje automático e inteligencia artificial, se abre la puerta a un análisis y reconocimiento en tiempo real de medios complejos, con la luz OAM actuando como un sensor, un área que está ganando rápidamente atención en la comunidad científica.
Metrología Cuántica y OAM
La revisión abarca no solo la metrología con luz clásica, sino también el uso de OAM en superposiciones cuánticas entrelazadas y estados de un solo fotón. La transición hacia el dominio cuántico tiene el potencial de reducir el ruido y mejorar la precisión y exactitud requeridas con menos mediciones, aunque esta área del campo aún se encuentra en sus primeras etapas de desarrollo. «La metrología cuántica utilizando OAM sigue siendo un campo emergente con numerosas oportunidades sin explotar», comenta el profesor Forbes.
La revisión tiene un alcance amplio, abarcando aplicaciones que van desde la nano-sensibilidad a escalas microscópicas hasta la medición de agujeros negros a escalas cósmicas. Este enfoque multidisciplinario revela el potencial transformador de la metrología óptica, que, a través de la luz retorcida, podría redefinir nuestra comprensión y medición del universo.
