Santa Cruz de Tenerife, 16 sep (EFE).
– Un equipo del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) ha probado una nueva técnica capaz de identificar con gran rapidez las deformaciones que sufre la luz al atravesar la atmósfera terrestre.
El desarrollo, realizado por el Laboratorio para la Innovación en Optomecánica (LIOM) incluido en el proyecto CELESTE, podría contribuir en el futuro a crear sistemas de óptica adaptativa más compactos y sencillos para mejorar la calidad de las observaciones astronómicas, informa una nota del IAC.
El trabajo ha sido publicado en la revista científica Optics Express.
La tecnología combina una fibra óptica de aproximadamente un centímetro de longitud con técnicas de inteligencia artificial y la fibra transforma las distorsiones de la luz en una especie de huella luminosa, que después puede ser interpretada por una red neuronal para determinar cómo se ha deformado la luz antes de llegar al instrumento de medida.
El sistema realiza este proceso en apenas unos milisegundos, una rapidez especialmente importante porque la atmósfera cambia de forma continua y cualquier corrección de la luz procedente de estrellas y otros objetos astronómicos llega a la Tierra prácticamente sin deformaciones.
Sin embargo, al atravesar la atmósfera encuentra pequeñas variaciones en las propiedades del aire que modifican continuamente su trayectoria, señala la nota.
Las distorsiones atmosféricas del frente de ondaEn óptica, la forma que adopta la luz al propagarse se describe mediante su frente de onda y las turbulencia atmosférica deforma ese frente de onda y hace que las imágenes astronómicas obtenidas desde tierra pierdan nitidez.
Para compensar este efecto, los grandes telescopios utilizan sistemas de óptica adaptativa, una tecnología capaz de medir esas distorsiones y corregirlas continuamente mediante espejos deformables que ajustan ligeramente su forma.
En los sistemas convencionales, el sensor que mide las deformaciones y la cámara científica no siempre reciben exactamente la misma luz a través del mismo recorrido óptico y esto puede introducir pequeñas diferencias adicionales que limitan la precisión de la corrección.
La propuesta presentada por el equipo aborda este problema midiendo las distorsiones directamente a partir de la luz que llega al lugar donde se forma la imagen prácticamente en tiempo real.
Una fibra multimodoLa nueva técnica utiliza una fibra óptica multimodo muy corta, de aproximadamente un centímetro, que permite que la luz viaje por varios recorridos internos al mismo tiempo y cuando esos recorridos vuelven a combinarse a la salida, producen un patrón luminoso característico que cambia dependiendo de cómo hubiera llegado deformada la luz.
Según el IAC, la longitud de la fibra resulta clave y el equipo ha comprobado mediante simulaciones y pruebas de laboratorio que, cuando es suficientemente corta, conserva mejor la información necesaria para diferenciar unas distorsiones de otras.
Esto es especialmente relevante en astronomía, ya que, a diferencia de la luz muy controlada de un láser de laboratorio, la luz procedente de las estrellas contiene una gama de longitudes de onda.
Auxiliadora Padrón-Brito, investigadora del IAC y de la Universidad de La Laguna (ULL) y primera autora del estudio, explica que la fibra convierte las deformaciones de la luz en un patrón que se puede leer como una huella.
«Lo interesante es que conseguimos conservar esa información utilizando un elemento extremadamente sencillo y compacto, lo que abre la posibilidad de desarrollar sensores más fáciles de integrar en futuros instrumentos”, añade la investigadora.
Las huellas que dejan los recorridos de la luzLos distintos recorridos que sigue la luz dentro de la fibra hacen que deformaciones que antes podían resultar indistinguibles produzcan huellas diferentes a la salida.
Una vez obtenida esa huella luminosa, el siguiente reto consiste en traducirla y determinar qué deformaciones ha sufrido la luz.
Para hacerlo, el equipo entrenó una red neuronal convolucional, un algoritmo de aprendizaje automático capaz de aprender la relación entre miles de patrones de luz diferentes y las distorsiones que los habían producido.
“La atmósfera está cambiando continuamente, así que no basta con medir bien una distorsión: hay que hacerlo lo suficientemente rápido como para poder reaccionar antes de que las condiciones vuelvan a cambiar”, explica Natalia Arteaga-Marrero, investigadora del IAC y de la Universidad de La Laguna (ULL) y coautora del trabajo.
Añade que los resultados muestran que esta combinación de fibra óptica y aprendizaje automático tiene potencial para trabajar en esas escalas de tiempo.
La fibra es además un elemento pasivo, compacto y de bajo coste y su reducida longitud podría facilitar también que el dispositivo se mantenga estable frente a vibraciones o pequeños movimientos, una cuestión importante en un entorno de observatorio.
Aunque el trabajo se plantea principalmente en el contexto de la instrumentación astronómica, la técnica podría tener también aplicaciones en comunicaciones ópticas en espacio libre.
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