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Las fibras ópticas, los chips fotónicos y los láseres son tecnologías que se encuentran en nuestra vida cotidiana y que normalmente asociamos a las telecomunicaciones, pero sus aplicaciones son tan variadas que pueden ir desde la detección de contaminantes y el control de calidad, hasta la detección de anticuerpo SARS-COV-2 (Covid-19); esto gracias a la combinación de las disciplinas de óptica y electrónica, llamada comúnmente optoelectrónica.

Figura 1.- Laboratorio de Optoelectrónica.

El Laboratorio de Optoelectrónica del Centro de Investigaciones en Óptica, A.C. centra sus actividades en el estudio y aplicaciones de dispositivos y sistemas que nos permitan generar, detectar y controlar la luz (Fig. 1). Esta interacción óptica-electrónica surge de hecho de forma natural, ya que es indispensable el uso de dispositivos y controles electrónicos durante el desarrollo de experimentos, así como para realizar la integración y/o desarrollo de un equipo o instrumento funcional.

Las actividades de investigación que realizamos incluyen: el desarrollo de nuevas fuentes de luz láser, así como el desarrollo de sistemas sensores basados en fibras ópticas; estos sensores se utilizan para medir parámetros como: temperatura, curvatura, deformación, índice de refracción, nivel de líquidos, etc. En estos sistemas sensores se desarrollan algoritmos novedosos para procesamiento de señales, así como nuevos esquemas de medición, y sistemas que miden en un solo punto o con varios puntos de medición simultánea a lo largo de la misma fibra, https://www.dropbox.com/s/d1dybwkhfja8hae/Temperature%20fiber%20sensor.mp4?dl=0.

Es importante mencionar que, si bien empleamos fibras ópticas convencionales, un componente importante es el diseño y fabricación de fibras especiales, las cuales incluyen múltiples núcleos, orificios que corren a lo largo de la fibra, así como geometrías diversas. Esta libertad en el diseño de la fibra óptica, nos permite obtener sensibilidades muy superiores a las que se obtienen al usar fibra óptica convencional. Además, los orificios integrados en la fibra nos brindan la posibilidad de hacer fluir líquidos con potenciales aplicaciones en el desarrollo de biosensores.

Realizamos también investigación en el área de óptica integrada, esto es, el desarrollo de circuitos fotónicos en donde en lugar de que se propague corriente eléctrica lo que propagamos es luz a través del dispositivo. Lo anterior se logra al delinear o grabar estructuras ópticas sobre el circuito fotónico que nos permiten manipular la luz láser y realizar operaciones específicas. Un ejemplo es el desarrollo de switches fotónicos, en donde la luz se direcciona sin tener que convertir la luz a señal electrónica y viceversa. Esta tecnología nos permite también el desarrollo de dispositivos plasmónicos integrados, esto es, propagar la luz en películas metálicas muy delgadas con lo que podemos aumentar la sensibilidad de los sensores. Recientemente estamos trabajando en el desarrollo de dispositivos optofluídicos, que nos permiten la integración de dispositivos ópticos y fluidos de manera simultánea, los cuales son la base para desarrollar sensores biológicos. Actualmente lideramos un proyecto para la detección de anticuerpos en pacientes infectados por COVID-19, en donde se integran el desarrollo de un sensor microfluídico y un instrumento de fluorescencia, a través de los cuales se realiza la medición de dichos anticuerpos. La ventaja de esta prueba es que permite detectar anticuerpos aun en pacientes asintomáticos, y de esta forma complementa los resultados de la prueba estándar de Reacción en cadena de la polimerasa, conocida como PCR por sus siglas en inglés (Polymerase Chain Reaction).

Aprovechando las capacidades antes mencionadas hemos realizado el desarrollo de algunos prototipos, entre los que podemos mencionar el prototipo de un refractómetro de fibra óptica, ver Fig. 2; los refractómetros de fibra óptica son comúnmente utilizados para medir índice de refracción en sustancias, y debido a que éste es una característica de la materia, cualquier cambio del valor de índice de refracción con respecto a un valor esperado nos puede indicar contaminación en la sustancia, o procesos químicos que están ocurriendo en ella; por tanto los refractómetros encuentran aplicaciones en control de calidad, monitoreo de procesos, etc. También se ha trabajado en el desarrollo de un proFigura 2.- Prototipo para medir índice de refracción. Figura 3.- Prototipo para medir distribución de presión plantar. 56 LABORATORIOS totipo para monitorear la distribución de presión en la planta del pie utilizando sensores electrónicos (piezoresistivos), ver Fig. 3; este tipo de sistemas se puede utilizar para identificar algunos padecimientos de las extremidades inferiores, como tobillo y rodilla; y también se puede utilizar en el seguimiento de tratamientos o en procesos de rehabilitación.

Recientemente se realizó un proyecto para la empresa Novatec León S.A. de C.V., en colaboración con el Laboratorio de Soluciones en Ingeniería (CIO León), en donde se desarrolló un digitalizador de alta precisión para comparar directamente la geometría fabricada con el diseño CAD (control de calidad), así como una cabina de inspección para evaluar la propagación de la luz a través de las guías de luz de faros automotrices (Fig. 4). Es importante mencionar que, en Aguascalientes hasta donde tenemos conocimiento, somos el único lugar en donde se realiza investigación en las líneas mencionadas, y a nivel nacional existen tan solo algunos grupos en otros centros y universidades. También es importante mencionar que, más allá de las aportaciones en indicadores académicos y de investigación, por la naturaleza misma del laboratorio este se complementa muy bien con las diferentes actividades en la Unidad Aguascalientes y el CIO en general. Lo anterior nos permite establecer colaboración tanto en el ámbito de investigación como el desarrollo de proyectos, los cuales contribuyen a los objetivos de pertinencia del CIO hacia la sociedad.

Figura 4.- Cabina de inspección de guías de luz y la evaluación de un par de guías de luz. Se muestra también una pieza metálica y su digitalización en color azul.