Noticio

Si te preguntaran qué herramientas utilizarías para: a) manipular un tornillo plano, bien sea para fijarlo o para extraerlo, b) para realizar un corte circular para colocar una chapa en una puerta, c) para manipular una partícula microscópica, d) para suministrar una vacuna y e) un corte de cualquier forma, por compleja que sea, en cualquier material, por ejemplo. Es muy probable que tus respuestas sean: a) un destornillador de punta plana, b) una sierra corta círculos, c) una micro pinza mecánica, d) una jeringa con aguja y, e) un taller completo de herramientas de una variedad de herramientas metalmecánicas.

Pues bien, existen otras opciones, basadas totalmente en la luz y su manipulación adecuada; en concreto, dependen de la orientación y magnitud de los campos eléctricos y magnéticos que la componen, recordemos que el campo electromagnético, es el espacio en donde un material experimenta cambios en su distribución de carga eléctrica, debido a su presencia . A este novedoso campo de investigación y aplicación, dentro del área de la física y de la disciplina de la óptica en particular, se le conoce como ingeniería de luz estructurada o de la polarización no convencional.

Aún cuando el campo eléctrico y el magnético al propagarse en un haz de luz en el aire transportan la misma cantidad de energía, su efecto en los medios materiales depende de la manera en que responden los elementos de la tabla periódica que los componen y de su orientación cristalina. Nota: los elementos de la tabla periódica constan de átomos que al agruparse entre sí o, al combinarse con otros, forman moléculas; las cuales se agrupan ordenadamente formando cristales, de manera semiordenada para formar policristales o de manera no ordenada para formar materiales amorfos.

Un vidrio es un material amorfo, en ocasiones denominado erróneamente como “cristal”; en cambio, un grano de sal (NaCl) es un cristal, por el orden en que están distribuidas sus moléculas de Sodio y Cloro. Todo ello se encuentra de manera natural o mejor aún, puede controlarse en el laboratorio, lo que permite diseñar y obtener materiales que no existen en la naturaleza, destacando por su importancia los materiales polifuncionales o inteligentes.

Conociendo las características físicas del material con el que se desea trabajar (si es o no cristalino, si experimenta un mayor efecto ante el campo eléctrico o ante el magnético, etc.), se puede manipular el campo correspondiente de un haz de luz proveniente de una fuente de luz láser, para darle la forma deseada (en cuanto a intensidad y orientación de uno de sus campos, eléctrico o magnético), de tal manera que se logre un corte óptimo, ahorrando energía y tiempo.

Para fines industriales, todo ello representa grandes ventajas; tal como ha sido reportado, utilizando polarización convencional; es decir, donde la amplitud y fase del campo eléctrico es uniforme en su frente de onda, como ocurre con luz polarizada lineal, circular o elíptica (Fig. 1). O con polarización no convencional: esto es, la polarización radial o la polarización acimutal (Fig. 2); en la primera de ellas el campo eléctrico se mantiene con una simetría radial, como si fuesen los rayos de un rin de bicicleta, mientras que la segunda se puede visualizar como campos eléctricos tangenciales a la rueda de una bicicleta y, por ende, perpendiculares a los primeros, por lo que la orientación de la amplitud y fase de su campo eléctrico no son homogéneos.

Se han reportado cortes en diversos metales como cobre, aluminio, bronce y acero inoxidable, habiendo logrado eficiencias de entre 1.5 y hasta 4 veces más altas al utilizar luz láser con polarización radial que con otro tipo de polarizaciones, como la convencional (el método menos eficiente es el que utiliza luz no polarizada, como es el caso generalizado). Existen dos métodos genéricos para producir polarización radial:

Activos: desde el diseño del propio láser.
Pasivos: externos al láser, mediante convertidores de polarización.

Los primeros son varias veces más costosos que los segundos, siendo éstos aún relativamente costosos, de acuerdo con el mercado actual; además, éstos últimos operan óptimamente a cierta longitud de onda de la emisión láser (color) y están limitados por la propia potencia del láser.

Existe una solución sencilla, ingeniosa, económica, práctica y que opera para cualquier longitud de onda (policromática) y es la que se ofrece mediante la patente denominada Método y Dispositivo para Generar Luz con Polarización Radial (IMPI, Título de Patente No. 384499, otorgada al inventor y autor de esta nota, teniendo como Titular al Centro de Investigaciones en Óptica, A. C.,), ver Fig. 3. https://vidoc.impi.gob.mx/visor?d=MX/2021/70316.

Figura3. Método para generar luz polarizada a) radial (Título de Patente 384499,IMPI) y b) acimutal (Aplicación MX/a/2016/005216). En la patente citada, se explica cómo puede gener arse y conducirse de manera controlada la luz radialmente polarizada (diámetro y espesor del anillo de luz, colimación,etc.,).

Referencias : Influence of beam polarization on laser cutting efficiency, V. G. Niziev and A. V. Nesterov, https://iopscience.iop.org/journal/0022-3727, Material processing with pulsed radially and azimuthally polarized laser radiation, M. Meier, V. Romano, and T. Feurer, Applied Physics A, Vol. 86, pp 329-334 (2007).