Un nuevo ángulo para controlar la luz

Las ondas de luz pueden ser definidas por tres características fundamentales: su color o longitud de onda, polarización y dirección. Mientras que desde hace tiempo ha sido posible filtrar selectivamente luz de acuerdo con su color o polarización, el filtrado selectivo basado en la dirección de propagación ha permanecido elusivo, pero ahora, por primera vez, investigadores del MIT han producido un sistema que permite a la luz de cualquier color pasar a través solo si proviene de un ángulo específico; la técnica refleja toda la luz proveniente de otras direcciones. Este nuevo enfoque puede llevar en última instancia a avances en tecnología solar fotovoltáica, detectores para telescopios y microscopios y filtros de privacidad para pantallas.

La nueva estructura consiste en una pila de capas ultrafinas de dos materiales alternos donde el grosor de cada capa es controlado de forma precisa. Cuando se tienen dos materiales, generalmente el interfaz entre ambos tendrá algunos reflejos, pero en estos interfaces, hay un ángulo mágico llamado ángulo Brewster, y cuando proviene de dicho ángulo exactamente y con la polarización apropiada, no hay ningún tipo de reflejo.

Mientras la cantidad de luz reflejada en cada uno de estos interfaces es pequeña, combinando muchas capas con las mismas propiedades, la mayoría de luz puede ser reflejada hacia afuera, excepto la que proviene en un ángulo y polarización precisa. Usando un apila de aproximadamente 80 capas alternas de grosor preciso, los investigadores son capaces de reflejar luz en la mayoría de ángulos, a lo largo de una amplia banda, de colores: el rango visible completo de frecuencias.

Los trabajos previos habían demostrado formas de reflejar selectivamente la luz excepto en un ángulo muy preciso, pero esos enfoques estaban limitados por un estrecho rango de colores de luz. La amplitud del nuevo sistema puede abrir las puertas a muchas aplicaciones potenciales, especialmente en tecnología solar fotovoltáica, obteniendo energía solar mediante el calentamiento del material, que lo convierte en luz radiante de un color particular. Esta emisión de luz puede ser recolectada mediante una célula fotovoltáica ajustada para hacer un uso máximo de ese color de luz. Pero para que este enfoque funcione, es esencial limitar la pérdida de luz y calor en reflejos, y la re-emisión, de manera que la habilidad de controlar selectivamente dichos reflejos pueda mejorar la eficiencia.

Los descubrimientos también podrían ser útiles en sistemas ópticos, tales como microscopios y telescopios, para ver objetos tenues que están cerca de objetos brillantes, por ejemplo un planeta tenue cerca de una estrella brillante. Usando un sistema que reciva luz solo desde cierto ángulo, tales dispositivos podrían tener una habilidad mejorada para detectar objetos ténues. El filtrado también se podría aplicar a pantallas de teléfonos y ordenadores, de manera que solo mirándolas directamente de frente seria visible la información.

En principio, la selectividad angular puede estrecharse más simplemente añadiendo más capas a la pila. Para experimentos llevados a cabo hasta la fecha, el ángulo de selectividad era de 10 grados; apenas el 80% de la luz incidente en ese ángulo tuvo permiso para pasar a través.

Via MIT