Estimado lector, sabe usted ¿Qué es la luz y para qué nos sirve aparte de poder visualizar cosas? La luz (del latín lux, lucis) es una onda electromagnética que abarca tres regiones del espectro electromagnético: ultravioleta, visible e infrarroja; únicamente la luz visible puede ser percibida por el ojo humano. Debido a la naturaleza dual onda-partícula de la luz, también es válido decir que está constituida por partículas elementales sin masa llamadas fotones. La fuente natural de luz de la Tierra lo es precisamente nuestro Sol, el cual nos proporciona vida y nos mantiene vivos.

Asimismo, la óptica es el área de la física, a través del electromagnetismo, que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus diferentes manifestaciones. La óptica se puede dividir en tres grandes ramas:

- Óptica geométrica

- Óptica física

- Óptica cuántica

La primera explica la propagación de la luz en base al concepto de rayo y a las leyes de reflexión (en espejos y medios transparentes) y refracción (en medios transparentes). Con la óptica geométrica se diseñan desde los instrumentos ópticos más modestos, como la lupa, los anteojos y los binoculares, hasta los más potentes microscopios y telescopios - como el telescopio espacial Hubble (https://es.wikipedia.org/wiki/Telescopio_espacial_Hubble) -, sin los cuales la ciencia difícilmente podría continuar su avance.

La óptica física, basada en las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo, proporciona una descripción más elaborada y completa de la luz, se utiliza para tratar problemas de interferencia, es decir, la superposición de dos o más ondas, que dan lugar a franjas brillantes y obscuras, fenómeno que se aprovecha en instrumentos conocidos como interferómetros, que tienen múltiples aplicaciones, comúnmente asociadas a mediciones de muy alta precisión; de difracción o desviación de la luz por obstáculos o orificios muy pequeños, que es indispensable para describir, por ejemplo, el funcionamiento de los discos DVD y Blu-ray, aunque estos dispositivos de almacenamiento de datos/video están siendo remplazados por las memorias de estado sólido, como las memorias USB. Finalmente, problemas de polarización, para los cuales se tiene que tomar en cuenta la naturaleza vectorial de la luz, incluyen, por ejemplo, el diseño de las capas anti reflejantes en los objetivos de las cámaras fotográficas - y aún en los anteojos comunes -, aunque tal vez se esté más familiarizado con las gafas Polaroid que empleamos para reducir reflexiones y luz polarizada en nuestro campo visual, o para ver películas 3-D.

Por último, la óptica cuántica describe la interacción de la luz y la materia a nivel atómico, sin la cual no se podría entender, por ejemplo, el funcionamiento de las ahora omnipresentes celdas fotovoltaicas (solares), esenciales para convertir la energía solar en energía eléctrica; cada vez existe un uso más masivo de estas celdas solares como fuente alterna de energía renovable, más limpia y económica que la generada a través del petróleo y el aceite.

La óptica ha contribuido notablemente al desarrollo de la tecnología mundial contemporánea, además, desde la invención del láser en 1960, su crecimiento ha sido vertiginoso, dando lugar a una nueva disciplina llamada fotónica, en analogía con el término electrónica, pero que alude al uso del fotón (fotónica), en vez del electrón (electrónica), en operaciones típicas de la electrónica como la generación, transmisión, modulación, amplificación y detección de señales, entre otras.

Mucha de la tecnología fotónica se ha incorporado a nuestra vida cotidiana en telecomunicaciones, almacenamiento de información, sensores ópticos muy sensibles a la presión, la temperatura, la presencia de gases y hasta de bacterias y virus (biofotónica). Los dispositivos fotónicos incluyen a la fibra óptica, los transistores orgánicos (OFETs), los diodos orgánicos de emisión de luz (OLEDs) y las celdas solares de tercera generación: las celdas orgánicas (OSCs) y las celdas de perovskitas (PSCs). Los cuatro últimos dispositivos están constituidos por materiales orgánicos e inorgánicos y forman parte de lo que hoy se denomina electrónica (u opto-electrónica) híbrida. El más desarrollado de ellos, de hecho, con presencia en el mercado en pantallas de TV y de teléfonos celulares (smartphones), es el OLED (https://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_org%C3%A1nico_de_emisi%C3%B3n_de_luz). Los otros tres aún se encuentran en la etapa de investigación/prototipos, tanto en la academia como en la industria.

En nuestro país existen varias instituciones mexicanas, con impacto internacional, que contribuyen a la óptica y fotónica a través de sus programas de investigación, sus desarrollos tecnológicos y los servicios que ofrecen a la sociedad. Las más prominentes son el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE: www.inaoep.mx); el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE: www.cicese.edu.mx); el Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología (ICAT, antes CCADET: www.ccadet.unam.mx); el Instituto de Astronomía (IA: www.astroscu.unam.mx) y el Instituto de Física (IF: www.fisica.unam.mx), las tres últimas pertenecen a la UNAM.

Específicamente en el CIO (www.cio.mx), única institución mexicana dedicada completamente al estudio de la óptica y disciplinas afines, a través de varios grupos de investigación, se realizan diferentes investigaciones de la fotónica y la opto-electrónica, particularmente, dentro del Grupo de Propiedades Ópticas de la Materia (GPOM: www.cio.mx/investigacion/gpom/) se realizan estudios científicos y desarrollo de prototipos en las áreas de sensores ópticos orgánicos, levitación acústica, aplicaciones láser y en dispositivos OLEDs, OSCs y PSCs. Ejemplo concreto de estos dispositivos es el prototipo de cargador de smartphone desarrollado por el GPOM-CIO con mini paneles fabricados con OSCs (celdas solares orgánicas): www.cyd.conacyt.gob.mx/?p=articulo&id=461 y www.elsoldemexico.com.mx/analisis/energias-renovables-5354324.html; es un cargador muy similar al que en ocasiones nos prestan en algunos restaurantes o lugares públicos cuando solicitamos conectar nuestro smartphone para cargarlo, a veces no hay disponible cerca y a la vista un tomacorriente y entonces nos proporcionan este cargador solar pero a base de celdas solares inorgánicas, particularmente de silicio (Si), dicho prototipo (www.cio.mx/investigacion/gpom/video/video5.mp4) fue desarrollado con base a varias OSCs interconectadas en serie y en paralelo para tener el voltaje y corriente requeridos para cargar un smartphone (u otros dispositivos eléctrico/electrónicos de bajo consumo); fue totalmente ideado y fabricado en el GPOM-CIO con base a la experiencia adquirida durante años de investigaciones patrocinadas particularmente por el gobierno mexicano a través del Conacyt (www.conacyt.mx) y la SENER (www.gob.mx/sener).

• Dr. José Luis Maldonado Rivera

Investigador Titular “C”, SNI 3

Antigüedad CIO (como investigador): 22 años.

Antigüedad docente en la UNAM: 16 años.

Grupo de Propiedades Ópticas de la Materia (GPOM)

Centro de Investigaciones en Óptica A.C. (CIO)