Generación de Vórtices Ópticos con Fuertes Campos Magnéticos para el Control de Nanopartículas

Abstract

La luz puede estructurarse espacialmente para mejorar o reducir la interacción con las partículas. Los vórtices ópticos (OVs del inglés optical vortices) son un ejemplo destacado entre los haces estructurados, por sus posibles nuevas aplicaciones a la ciencia de los materiales. Un OV puede definirse por dos características muy inusuales: singularidades de fase y momento angular orbital (OAM). Ejemplos bien conocidos de OVs con singularidades de fase en el eje óptico son los modos Laguerre-Gauss (LG) y Bessel (BB), que son soluciones de la ecuación de onda paraxial y completa, respectivamente. Los haces de Bessel son especialmente adecuados para los estudios teóricos, porque son matemáticamente sencillos y representan haces tanto paraxiales como enfocados. Recientemente hemos identificado un gran grupo de OVs que contienen campos con diferentes grados de intensidad relativa de los campos eléctricos (E) y magnéticos (B), parametrizados por un número real γ. Cuando γ = 0 el campo en el eje óptico (r = 0) tiene un campo E constante y un campo B que desaparece. En cambio, para γ = 1 el campo B en r = 0 es constante y no hay campo E. Un haz de luz de estructura compleja puede descomponerse en una superposición de ondas planas. Esta descomposición modal es útil para tratar diferentes problemas, por ejemplo, la propagación de la luz estructurada a través de interfaces utilizando los conocidos coeficientes de Fresnel, que se expresan en términos de ondas planas. En este trabajo mostramos cómo un OV de tipo Bessel de γ = 1 puede construirse como una superposición de ondas planas. La descomposición nos permite explicar cómo se puede generar el haz en el laboratorio utilizando elementos ópticos comunes y como controlar transiciones electrónicas en nanoestructuras utilizando el haz γ = 1 resultante que emerge del sistema óptico descrito.