Un equipo de científicos dirigidos por John Badding, profesor de química en la Universidad Estatal de Pensilvania (PSU),  EE UU, ha desarrollado la primera fibra óptica con un núcleo de seleniuro de zinc, un compuesto de color amarillo claro que se puede utilizar como semiconductor.

La nueva clase de fibra óptica, que permite una manipulación más eficaz y liberal de la luz, promete abrir la puerta a una tecnología láser-radar más versátil.
Esta tecnología podría aplicarse al desarrollo de mejores láseres quirúrgicos y médicos, mejores contramedidas láser, utilizadas por los militares, y láseres más sensibles al entorno  como los utilizados para medir los contaminantes y para detectar la diseminación de agentes químicos contra el bioterrorismo. La investigación de este equipo será publicada en la revista Advanced Materials.

 

“Se ha vuelto un tópico decir que las fibras ópticas son la piedra angular de la era moderna de la información”, dijo Badding. “Estas fibras largas y delgadas, que son tres veces más gruesas que un cabello humano, pueden transmitir más de un terabyte de información por segundo Aún así, siempre hay maneras de mejorar la tecnología existente. “ Badding explicó que la tecnología de fibra óptica siempre ha estado limitada por el uso de un núcleo de vidrio. “El vidrio tiene un ordenamiento al azar de los átomos”, dijo Badding. “Por el contrario, una sustancia cristalina como seleniuro de zinc es muy ordenada. Eso permite que la luz pueda ser transportada a longitudes de onda mayores, especialmente las del infrarrojo medio”.

A diferencia del cristal de sílice, que tradicionalmente se utiliza en las fibras ópticas, el seleniuro de zinc es un semiconductor compuesto. “Hemos sabido durante mucho tiempo que el seleniuro de zinc es un compuesto útil, capaz de manipular la luz de manera que el sílice no puede”, dijo Badding. “El truco era conseguir este compuesto en una estructura de fibra, algo que nunca se había hecho antes”. Utilizando una innovadora técnica de deposición química a alta presión desarrollada por Justin Sparks, un estudiante graduado en el Departamento de Química, Badding y su equipo depositaron núcleos de guías de seleniuro de zinc en el interior de los capilares de cristal de sílice para formar la nueva clase de fibras ópticas. “El depósito de alta presión es el único que permite la formación de núcleos de fibra de seleniuro de fibra tan largos y delgados, en un espacio tan reducido”, dijo Badding.
Los científicos descubrieron que las fibras ópticas de seleniuro de zinc podrían ser útiles en dos sentidos. En primer lugar, se observó que las nuevas fibras son más eficientes en convertir la luz de un color a otro. “Cuando las fibras ópticas tradicionales se utilizan para muestras, exhibiciones y arte, no siempre es posible conseguir los colores que se desean”, explicó Badding. “El seleniuro de zinc, mediante un proceso llamado conversión de frecuencia no lineal, es más capaz de cambiar colores”.

En segundo lugar, como Badding y su equipo esperaban, se encontraron con que la nueva clase de fibra proporciona más flexibilidad no sólo en el espectro visible, sino también en el infrarrojo. La tecnología existente de fibra óptica no es eficiente en transmitir luz infrarroja. Sin embargo, las fibras ópticas de seleniuro de zinc que el equipo de Badding ha desarrollado son capaces de transmitir longitudes de onda más largas de luz infrarroja. “La explotación de estas longitudes de onda es muy interesante porque representa un paso hacia la fabricación de fibras que pueden servir como láseres infrarrojos”, explicó Badding. “Por ejemplo, los militares que actualmente utilizan la tecnología láser-radar que puede manejar el infrarrojo cercano, o un rango de 2 a 2,5 µm. Un dispositivo capaz de manejar el infrarrojo medio, o en todo el rango de 5 µm sería más exacto. Las fibras que hemos creado pueden transmitir longitudes de onda de hasta 15 µm”.

Badding también explicó que la detección de contaminantes y toxinas del medio ambiente podría ser otra aplicación de mejor tecnología láser-radar capaz de interactuar con la luz de longitudes de onda mayores.
Además, Badding menciona que la fibra óptica de seleniuro de cinc también puede abrir nuevas vías de investigación que podrían mejorar las técnicas de cirugía asistida por láser, como la cirugía correctiva del ojo.

Además de Badding y Sparks, otros investigadores que contribuyeron a este estudio han sido Rongrui He de lDepartamento de Química y Materiales del Instituto de Investigación de Penn State; Mahesh Krishnamurthi y Venkatraman Gopalan del Departamento de  Ciencia de los Materiales e Ingeniería de Penn State y el Instituto de Investigación de Materiales, y Pier J.A. Sazio, Anna C. Peacock, y Noel Healy del Centro de Investigación de Optoelectrónica de la Universidad de Southampton. La ayuda técnica para esta investigación fue proporcionada por el Engineering and Physical Sciences Research Council, la National Science Foundation y Centro de Investigación de Materiales y Ciencia del estado de Pensilvania.

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