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Dispositivo apresenta maior nível de interação entre luz e movimento

Publicado em 22 fevereiro 2017

Os dispositivos optomecânicos capazes de confinar simultaneamente ondas de luz e mecânicas, de modo a possibilitar que interajam podem ser úteis tanto para o estudo de questões fundamentais da Física, como para o uso de luz para detectar movimento, como já fazem os chamados acelerômetros. Presentes em smartphones, esses componentes eletrônicos ajustam a orientação da tela de paisagem para retrato e vice-versa, ao detectar o movimento de rotação do aparelho pelo usuário.

O uso de dispositivos optomecânicos para estudar fenômenos quânticos macroscópicos como as vibrações mecânicas passam a ser governadas pelas leis que regem os átomos (a mecânica quântica).

Um grupo liderado pelos pesquisadores Thiago Pedro Mayer Alegre e Gustavo Silva Wiederhecker, do Instituto de Física Gleb Wataghin da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), conseguiu desenvolver um dispositivo optomecânico com um novo design que permitiu apresentar níveis de acoplamento entre as ondas de luz e as mecânicas maiores do que os relatados para outros dispositivos semelhantes desenvolvidos em laboratório.

As pesquisas são apoiadas pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). O novo dispositivo optomecânico e a demonstração experimental de seu funcionamento foram relatados em um artigo publicado na revista Optic Express.

“A forma como desenhamos o dispositivo permite aumentar os níveis de interação entre as ondas de luz e mecânicas que perpassam por ele”, explica Alegre. “Dessa forma, o dispositivo poderá ter tanto aplicações práticas, como subsidiar nossa pesquisa básica, ajudando a responder algumas perguntas como o que acontece na transição entre o mundo microscópio quântico e o mundo macroscópico clássico.”

Segundo o grupo de pesquisadores, o dispositivo é altamente personalizável e compatível com os processos de fabricação industrial existentes hoje, o que o torna uma solução para melhorar sensores que detectam força e movimento. Uma de suas potenciais aplicações seria na área de telecomunicações, como modulador óptico.

Uma vez que o dispositivo tem a propriedade de perceber e excitar a vibração mecânica, poderia ser usado como uma chave óptica, ligando ou desligando um feixe de laser que o atravessa, de forma muito mais eficiente do que as tecnologias moduladoras usadas hoje em redes de telecomunicações ópticas, exemplificou.

Criação

O dispositivo criado pelos pesquisadores é baseado em um disco de silício com 24 mícrons de diâmetro e apoiado em um pedestal central de dióxido de silício para que o disco vibre. Ele possui um formato semelhante a um alvo de dardo com ranhuras circulares concêntricas, o que permite confinar as ondas de luz e mecânicas no dispositivo usando mecanismos separados.

As ondas de luz ficam confinadas somente na borda do disco por reflexão interna total  um fenômeno óptico em que, dependendo do ângulo de incidência sobre a interface entre dois meios (como a água e o ar), a luz é completamente refletida. Dessa forma, a luz fica comprimida próxima à borda do disco, percorrendo o círculo por um longo tempo. Já as vibrações mecânicas podem se espalhar por todo o material.

As ranhuras circulares concêntricas, entretanto, criam regiões de frequência proibidas para a propagação de ondas mecânicas de modo que estas fiquem confinadas somente na parte externa do disco, onde interagem diretamente com a luz. “Ao confinar as ondas de luz e mecânicas na borda do disco foi possível aumentar a interação entre elas. Dessa forma será possível explorar questões como fenômenos quânticos em objetos macroscópicos”, afirma Alegre.