Cavall Fort 1351
La finestra
L’any 1609 Galileo Galilei (conegut entre nosaltres com a Galileu) va construir un telescopi amb un parell de lents de vidre als extrems d’un tub. Començaven els primers experiments en òptica, que portarien, al cap de centenars d’anys, al naixement d’una nova disciplina basada en la llum: la fotònica.
La fotònica és la branca de la ciència i de la tecnologia relacionada amb la detecció, generació, manipulació i processament dels fotons de llum, sobretot en aplicacions que substitueixen o complementen les que es fan (o es feien) amb circuits electrònics.
Els orígens: l’òptica
En el telescopi de Galileu les lents desviaven la llum (diem que la refractaven) i l’instrument permetia veure més gran allò que s’estava observant.
Uns seixanta anys més tard, Isaac Newton va construir un telescopi en què, en lloc d’una de les lents, es feia servir un mirall corbat; en aquest cas la llum es reflectia i també s’aconseguia que el que s’observava es veiés més gran.
Molts científics, sobretot al llarg dels segles XVIII i XIX, van estudiar el comportament de la llum quan travessa lents, prismes o ranures, o quan es reflecteix en miralls. Tot això forma part de la branca de la ciència i la tecnologia que anomenem òptica.
Els fotons
Al començament del segle XX hi havia un aspecte de la naturalesa de la llum que havia quedat ocult:
- Se sabia que la matèria està formada per unes partícules molt petites anomenades àtoms.
- Se sabia que l’electricitat és transportada en el moviment dels electrons (encara més petits que els àtoms!).
- I es va descobrir que la llum també està formada per unes minúscules unitats: els fotons.
|
 |
Una nova tecnologia
El control del moviment dels electrons va donar lloc, al llarg del segle XX, a l’electrònica, que ens ha ofert uns aparells que emprem d’una manera quotidiana, com ara els ordinadors o els telèfons mòbils.
Però aquesta tecnologia ja s’està substituint per una altra encara més formidable, la fotònica, que en lloc d’electrons controla fotons de llum.
La fotònica ha estat possible gràcies al làser, un aparell revolucionari, i a les fibres òptiques.
En l’àmbit de la fotònica, parlar de llum no vol dir referir-se exclusivament a la llum que veiem amb els ulls, sinó que inclou altres tipus de llum (que anomenem radiació) que no detectem amb la nostra visió.
|
|
|
Permeten transportar la llum al llarg de la fibra sense que s’escapi.
La fotònica, a casa
Potser no ho sabeu, però la fotònica, d’una manera o altra, de ben segur que ja ha entrat a casa vostra en alguna de les seves aplicacions!
En la telefonia
Fins fa poc totes les comunicacions telefòniques es basaven a enviar senyals elèctrics al llarg d’un fil de coure. Però era una tecnologia limitada. La substitució dels fils per fibres òptiques i la dels senyals elèctrics per senyals lluminosos han permès que una única fibra transporti dades de qualsevol tipus a una velocitat enorme.
Si teniu fibra òptica veureu que podeu rebre, per la línia telefònica, la quantitat enorme de dades que suposa veure una pel·lícula en alta resolució en línia, sense haver-la d’emmagatzemar prèviament.
En la música i vídeo
En la superfície lluent d’un CD o DVD hi ha marques microscòpiques on està codificada la música o la pel·lícula. La llum emesa per un petit làser vermell o infraroig s’hi reflecteix i transporta la informació cap als circuits electrònics que reproduiran el so o la pel·lícula. L’aparició de làsers de color violat ha donat lloc als Blu-ray, que encara poden guardar més informació!
En els comandaments i bombetes
En els comandaments a distància de casa es fan servir els LED, que envien pulsacions de radiació infraroja a l’aparell que es vol comandar. L’aplicació més important dels LED, però, és en bombetes que substitueixen les convencionals (que fan llum escalfant un fil). Els LED també han trobat aplicacions en medicina, com ara en els aparells que es posen al dit i controlen l’oxigen a la sang.
Aplicacions de la fotònica
La fotònica es fa servir en diversos àmbits.
En la indústria
S’utilitza en algunes aplicacions industrials, com ara el tallat de metalls. Un feix fi de llum escalfa el metall fins a fondre’l. Per a això es necessiten làsers potents, amb ordinadors que controlen el moviment de l’extrem d’una fibra òptica i ressegueixen el que es vol tallar.
En la medicina
En aquest àmbit els làsers també tenen moltes aplicacions, com ara en bisturís que permeten fer talls o fins i tot evaporar una part d’un teixit del cos (com ara retallar la còrnia de l’ull per a poder deixar de portar ulleres), en cirurgia dins la retina o, simplement, en l’eliminació de tatuatges.
Gràcies a la fotònica es poden fer coses tan diverses com tallar acer o operar un ull!
 |
La fotònica també es fa servir en moltes de les tècniques modernes de diagnosi i d’anàlisi. El desenvolupament de detectors de fotons de raigs X ha permès la tomografia computada, amb la qual s’obtenen imatges en 3D dels òrgans del cos. |
| Una altra tècnica, com ara la tomografia d’emissió de positrons, permet explorar el metabolisme dels òrgans del cos molt detalladament. La tècnica és tan potent que fins i tot es pot veure quines àrees del cervell s’activen quan llegim o cantem. |  |
Totes aquestes aplicacions de la fotònica, i moltes més, han tingut lloc en un temps relativament curt. El seu desenvolupament ha estat tan ràpid que, de ben segur, en podreu veure moltes més, i més espectaculars, en els pròxims anys. Gaudiu-ne i feu-ne un bon ús!
Sabíeu que del 9 al 18 de novembre se celebra la Setmana de la Ciència a Catalunya?
Si us agrada el món científic no us podeu perdre les activitats que fan per a tots els públics: https://setmanaciencia.fundaciorecerca.cat/
Text: ADOLF CORTEL
Dibuixos: LLUÏSOT