Resonancias Fano: nueva investigación abre el camino para nuevas tecnologías ópticas

Un fenómeno fundamental de la física, conocido como resonancias de Fano, fue observado y controlado por primera vez en un sistema de redes fotónicas, como parte de un nuevo hito alcanzado por investigadores del Departamento de Física (DFI) de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas (FCFM) de la Universidad de Chile. El trabajo, publicado en la revista de referencia para avances significativos en física atómica, molecular y óptica, así como en ciencia cuántica, Physical Review A, fue liderado por el profesor Rodrigo Vicencio: muestra cómo es posible manipular el transporte de ondas -en este caso, luz- mediante ajustes precisos en un sistema diseñado a escala micrométrica. 

Pero ¿qué son las resonancias de Fano? Se trata de un fenómeno que ocurre cuando un canal donde las ondas se propagan libremente, se acopla con otro donde el movimiento está restringido, vale decir, donde sólo hay una onda o estado. Cuando las energías coinciden, se produce un efecto notable: la transmisión de la onda se anula completamente, como si se tratara de un espejo de ondas perfecto que se cruza en su camino. “Esto muestra cómo una pequeña perturbación en el sistema, una simple impureza, puede cambiar completamente el transporte observado”, señala Vicencio, también investigador del Instituto Milenio de investigación en óptica, MIRO.

Experimento inedito

La investigación buscaba observar este fenómeno de forma concreta y directa, para lo cual el equipo desarrolló un dispositivo de guías de ondas fotónicas que simula una red ordenada -equivalente a una cadena de átomos-, junto a una impureza que actúa como el análogo de un átomo o “átomo artificial”.  

Según detalla el profesor Vicencio, a diferencia de sistemas atómicos reales donde estas interacciones son difíciles de observar, el uso de plataformas fotónicas permite visualizar y medir el fenómeno con alta precisión mediante herramientas ópticas. “En sistemas fotónicos, el análogo de un átomo es una fibra óptica de escala micrométrica y que es visible ópticamente vía lentes y cámaras digitales”, explica.

El trabajo, realizado en colaboración con el grupo del Dr. Pedro Orellana de la Universidad Técnica Federico Santa María y el Dr. Diego Guzmán, académico de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Chile, combinó modelamiento teórico, simulaciones numéricas y experimentos en el laboratorio, incluyendo la fabricación y caracterización de redes fotónicas, sistema que permitió alcanzar una notable concordancia entre las predicciones teóricas y las mediciones experimentales.

“Realizamos los experimentos en nuestro Laboratorio de Redes Fotónicas, tanto en la fabricación de las redes fotónicas como en su caracterización. Adicionalmente, como nuestro grupo ha desarrollado el área de fotónica multi-orbital en el mundo, estudiamos estas resonancias para dos estados (configuraciones) de la guía que hace el símil del átomo”, explica Rodrigo Vicencio.

Aplicaciones tecnológicas

Más allá de su relevancia en física fundamental, este avance abre la puerta para aplicaciones concretas. “La cancelación de la transmisión funciona como un filtro muy preciso para ondas específicas, y también como un espejo de ondas perfecto. Si por ejemplo se requiere que un cierto color no se propague en el sistema, para no producir, por ejemplo, una reacción o interacción específica, este método lo permite y es muy preciso.” detalla Vicencio. 

Entre las posibles aplicaciones se cuenta el desarrollo de dispositivos como filtros ópticos, sistemas de control de energía y el desarrollo de tecnologías donde la manipulación de ondas sea importante, ya sean de luz, sonido o incluso sistemas cuánticos.