Interpretación del factor geométrico de la fase en una fibra óptica, a partir del Teorema de Gauss-Bonnet
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2011-10-24
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Universidad Francisco José de Caldas
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Murcia Correa, Luz Stefany (2011). Interpretación del factor geométrico de la fase en una fibra óptica, a partir del Teorema de Gauss-Bonnet. Universidad Francisco José de Caldas. https://hdl.handle.net/11349/101995
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Resumen
The Gauss–Bonnet Theorem (GBT) is one of the deepest and most significant results in the theory of surfaces. Its most important formulation relates the integral (or average) of the Gaussian curvature over a surface to a property known as the Euler characteristic, which is purely topological, meaning that it remains invariant under any continuous deformation of the surface. Thus, the GBT establishes a fundamental connection between geometric and topological properties.
In the context of physics, particularly in optics, the GBT emerges through phenomena that, at first glance, appear to be unrelated to geometry. It is precisely these "hidden" connections among optics, differential geometry, and topology that make the geometric phase a paradigmatic example of the interdisciplinary nature of these three fields. This work illustrates the relationship between the GBT and the rotation of the plane of polarization of light propagating through a helical optical fiber as a particular example of the geometric phase. In this case, the polarization vector traces a closed loop on the surface of the unit sphere, in accordance with the Theory of Parallel Transport (TPT).
As a further perspective of this work, the polarization angle was measured experimentally. Specifically, the geometric phase factor of a helical optical fiber was determined by applying the Gauss–Bonnet Theorem together with the Theory of Parallel Transport to the polarization vector as it propagated along the optical fiber.
Descripción
El Teorema de Gauss-Bonnet (TGB) es el más profundo y significativo resultado en la teoría de superficies. Su versión más importante relaciona el promedio de la curvatura gaussiana sobre una superficie con una propiedad llamada Número o característica de Euler, el cual es netamente topológico, es decir, que no cambia bajo cualquier deformación continua de la superficie. Así, el TGB permite relacionar propiedades geométricas con propiedades topológicas. En el contexto físico, particularmente en óptica, el TGB hace su aparición a través de ejemplos que a priori no tienen relación alguna con la geometría. Es precisamente este tipo de conexiones “escondidas” entre la óptica, la geometría diferencial y la topología lo que hace de la fase geométrica un ejemplo paradigmático de interdisciplinariedad entre estas tres ramas del conocimiento. Se ilustrará, entonces, la relación existente entre el TGB y la rotación del plano de polarización de la luz a lo largo de una fibra óptica en espiral, como ejemplo particular de la fase geométrica, donde el vector de polarización describe un “circuito” cerrado en la superficie de la esfera unitaria, teniendo en cuenta la Teoría de Transporte Paralelo (TTP).
Por otro lado, surge como una perspectiva de este trabajo la medición del ángulo de polarización por medio de un experimento, en el cual se midió el factor geométrico de fase de una fibra óptica en forma de hélice, mediante la aplicación del TGB y la TTP de vector de polarización a lo largo de dicha fibra óptica.
