Un equipo internacional liderado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) ha desarrollado una nueva linterna fotónica capaz de combinar la luz procedente de siete fibras ópticas en una única salida, conservando más del 90 % de la luz en pruebas de laboratorio. La tecnología podría contribuir a que varios telescopios pequeños trabajen conjuntamente y allanen el camino hacia observatorios más eficientes y escalables.
Para observar objetos astronómicos débiles con mayor detalle, los telescopios necesitan captar cada vez más luz. Construir instrumentos de mayor tamaño es una de las opciones, pero implica importantes desafíos tecnológicos y económicos. Otra alternativa consiste en combinar las capacidades de varios telescopios más pequeños para que trabajen de forma conjunta. Para hacerlo, es fundamental recoger y combinar con precisión la luz captada por cada instrumento.
El nuevo dispositivo, basado en tecnología de fibra óptica, supone un avance en esta dirección. Los resultados del estudio se han publicado en la revista Optics Letters y constituyen la primera demostración de una linterna fotónica diseñada específicamente para combinar varias entradas multimodo en una única salida también multimodo.
“Las linternas fotónicas utilizadas hasta ahora transforman la luz que viaja por una fibra óptica en varias señales independientes”, explica Marina Centenera, contratada predoctoral FPI asociada a la acreditación Severo Ochoa del IAA-CSIC y líder del trabajo. “Nuestro nuevo dispositivo funciona a la inversa: combina la luz procedente de siete fibras ópticas en una única salida, conservando las propiedades necesarias para aprovechar de forma eficiente la luz captada por los telescopios”.
Cómo funciona la linterna fotónica que combina siete telescopios
La nueva tecnología se ha desarrollado en el marco de Photonic EMARCOT, un proyecto que investiga cómo combinar la luz de varios telescopios pequeños para que puedan trabajar conjuntamente. Su demostrador, MARCOT-Pathfinder, está instalado en el Observatorio de Calar Alto (CAHA), en Almería, y cuenta con siete unidades telescópicas.
Cada telescopio puede enviar la luz captada a través de una fibra óptica. La linterna fotónica reúne las señales de las siete fibras en una única salida que, posteriormente, puede alimentar la instrumentación científica.
Una de las características importantes de su diseño es que permite trabajar con fibras multimodo, capaces de transportar luz por diferentes modos de propagación. Esta capacidad resulta especialmente útil en astronomía porque la turbulencia de la atmósfera terrestre puede alterar la luz que llega desde las estrellas.
Las pruebas realizadas en laboratorio muestran que el dispositivo combina las señales de las siete fibras y conserva más del 90 % de la luz. Esta eficiencia es relevante en astronomía, donde aprovechar la mayor cantidad posible de luz puede resultar determinante para estudiar objetos débiles.
“Poder combinar la luz de varios telescopios con pérdidas muy reducidas es uno de los pasos tecnológicos necesarios para demostrar que este concepto puede funcionar. Así, nuestro objetivo es explorar hasta qué punto la fotónica puede permitir que telescopios relativamente pequeños trabajen conjuntamente de forma eficiente”, explica Marina Centenera.
El futuro de los observatorios modulares
El sistema forma parte de las investigaciones dirigidas a desarrollar observatorios basados en varios telescopios que funcionen de forma coordinada. En este modelo, la combinación de instrumentos más pequeños podría ofrecer una alternativa modular y escalable frente a la construcción de un único telescopio de grandes dimensiones.
“Para Calar Alto, este desarrollo representa un paso concreto hacia los observatorios del futuro, basados en arquitecturas modulares, escalables y apoyadas en nuevas tecnologías fotónicas”, señala Jesús Aceituno, director del Observatorio de Calar Alto (CAHA). “MARCOT-Pathfinder nos permite validar estas soluciones en condiciones astronómicas reales y avanzar hacia sistemas de mayor escala capaces de combinar de forma eficiente la luz de múltiples telescopios”.
Los resultados publicados demuestran el funcionamiento del dispositivo en el laboratorio. El siguiente paso será integrar la linterna fotónica en MARCOT-Pathfinder y probarla con luz procedente de objetos astronómicos reales. Esta fase permitirá avanzar en la validación del sistema en condiciones de observación.
Astrofotónica: nuevas formas de manipular la luz de las estrellas
El trabajo se enmarca en las investigaciones desarrolladas conjuntamente por el IAA-CSIC y el Observatorio de Calar Alto en el ámbito de la astrofotónica, una disciplina que aplica tecnologías fotónicas a la instrumentación astronómica. Entre estas iniciativas se encuentra el Laboratorio de Astrofotónica IAA-CAHA, creado para desarrollar, caracterizar e integrar nuevas soluciones tecnológicas para observar el universo.
Las imágenes obtenidas mediante microscopía permiten observar el resultado del proceso de combinación de la luz. En el extremo de salida del dispositivo, las siete fibras se reúnen en una única región. Su característica forma de flor refleja cómo las señales de las distintas entradas pasan a formar una sola salida.
El desarrollo ha contado con una colaboración internacional con la University of Sydney y el Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP), que han aportado su experiencia en astrofotónica y tecnología de fibras ópticas. La fabricación de las linternas fotónicas se ha llevado a cabo en los Laboratorios de Instrumentación Astrofotónica de Sídney (SAIL), mientras que su diseño, caracterización y aplicación astronómica se han desarrollado en el marco de Photonic EMARCOT y MARCOT-Pathfinder.
Una tecnología con posibles aplicaciones en otros campos
Aunque la linterna fotónica se ha desarrollado para aplicaciones astronómicas, su capacidad para combinar de forma eficiente la luz procedente de distintos canales podría tener utilidad en otros ámbitos, como las comunicaciones ópticas, la teledetección y los sensores ópticos.
El dispositivo ha sido objeto de una solicitud de patente por parte del IAA-CSIC y las instituciones colaboradoras, con el objetivo de explorar posibles aplicaciones y vías de transferencia tecnológica.
La integración de la tecnología en MARCOT-Pathfinder será el siguiente paso para comprobar su funcionamiento con luz de objetos astronómicos reales y avanzar en la validación del sistema.
“Estamos desarrollando y probando las piezas necesarias para saber si, en el futuro, la combinación de telescopios modulares y tecnologías fotónicas puede ofrecer una forma diferente y más escalable de construir los observatorios modulares del futuro”, concluye Pedro J. Amado, investigador del IAA-CSIC.
