Los investigadores del Grupo de Técnicas Ópticas Aplicadas de la Universidad de Cantabria Noé Ortega Quijano y José Luis Arce Diego han hallado un nuevo método que permite obtener todas las propiedades ópticas de los medios a partir de medidas experimentales sencillas.

Los resultados obtenidos han dado lugar a tres artículos, dos ya publicados en la prestigiosa revista 'Optics Letters', uno el 15 de mayo y otro el 1 de julio, y otro aceptado para ser publicado este mes de julio en 'Optics Express'. Ambas revistas pertenecen a la Sociedad Americana de Óptica (OSA) y están entre las publicaciones de mayor prestigio e índice de impacto en óptica.

El nuevo método permite obtener de forma rigurosa el conjunto completo de propiedades de un medio, sin ambigüedad y basándose en las características microscópicas del mismo. "Su mayor potencial es que permite estudiar medios con efectos acoplados separando satisfactoriamente los diferentes mecanismos de despolarización que estos medios introducen sobre la luz", explica José Luis Arce. Esta característica esencial permite obtener un total de 16 parámetros físicos, frente a los siete que se podían obtener hasta ahora.

El método permite mejorar significativamente los resultados que se conseguían con técnicas anteriores y puede aplicarse a la caracterización de una gran variedad de medios complejos, como por ejemplo fibras ópticas, cristales líquidos, atmósfera y agua oceánica, redes de Bragg y, especialmente, medios biológicos como tejidos o cultivos celulares.

"En este último caso, el método propuesto permite discriminar modificaciones estructurales en los tejidos producidos por patologías en estadios iniciales, por lo que sus ventajas de cara al diagnóstico y hacia la consecución de la biopsia óptica resultan evidentes", apunta el investigador.

Otra de las grandes ventajas del sistema descrito es que se puede aplicar a los equipos de medida disponibles sin necesidad de modificar la instrumentación, lo que permite su incorporación inmediata en el ámbito experimental.

Actualmente, el método está siendo verificado en los laboratorios de la École Polytechnique de París, centro de referencia mundial en técnicas ópticas polarimétricas, donde Noé Ortega está realizando una estancia de investigación gracias a una beca predoctoral de la UC.

Para la verificación, el método se está aplicando a la medida de muestras biológicas mediante un polarímetro microscópico para caracterizar el colágeno presente en los tejidos. Los resultados concuerdan perfectamente con imágenes tomadas mediante un microscopio SHG, con la ventaja de que las medidas se pueden realizar "in vivo", de forma no invasiva y en tiempo real.

Complejidad teórica

El trabajo de los investigadores de la Universidad de Cantabria es de una elevada complejidad teórica: los generadores de transformaciones en el espacio de Minkowski (entre los que se encuentran los generadores de Lorentz) han sido estudiados, mediante la teoría de grupos empleada en la Teoría Especial de la Relatividad de Einstein, para establecer una analogía entre dichos generadores y el formalismo de Stokes-Mueller, empleado habitualmente en la caracterización experimental de medios ópticos.

Dicho formalismo fue propuesto por primera vez en 1948 en un célebre y breve artículo firmado por H. Mueller en el MIT, en el que se resaltaba su capacidad para tratar fenómenos de despolarización de la luz a nivel macroscópico. Treinta años después, Azzam extendió el formalismo a nivel microscópico pero limitado sólo a medios que no despolarizaban la luz.

Los investigadores de la UC han logrado extender el formalismo diferencial a cualquier tipo de medio óptico, incluyendo medios que despolarizan la luz. A partir de este formalismo se ha propuesto el nuevo método de análisis.