O revestimento de silicone simples resolve o desafio óptico de longa data

Imagem de microscópio eletrônico de varredura do compressor com diâmetro de nanopilar de 158 nm. Crédito: Harvard SEAS

Raios rápidos de luz laser, durando menos de um trilionésimo de segundo, são usados em uma variedade de aplicações hoje. Esses pulsos de laser ultracurtos permitiram aos cientistas observar reações químicas em tempo real, criar imagens de amostras biológicas delicadas, construir nanoestruturas precisas e enviar comunicações ópticas de longa distância com alta taxa de bits.

Mas qualquer aplicação de pulsos de laser ultracurtos no espectro visível deve superar uma dificuldade fundamental – a luz vermelha viaja mais rápido do que a luz azul através de materiais transparentes como o vidro. Portanto, quando um pulso de laser ultracurto passa por uma lente de vidro, os comprimentos de onda compactos da luz se separam, destruindo a utilidade do feixe.

Este problema de dispersão cromática tem atormentado pesquisadores ópticos por décadas. Hoje, a maioria das soluções envolve componentes adicionais que aumentam o tamanho e o volume dos dispositivos ópticos.

Agora, pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson desenvolveram um revestimento de silicone que, quando aplicado à superfície de uma lente de vidro, pode neutralizar os efeitos da dispersão.

A pesquisa foi publicada na Nature Communications.

“Nossa abordagem flexível pode ser rapidamente implementada em óptica convencional e configurações ópticas e ser adaptada a diferentes regiões espectrais e aplicações”, disse Federico Capasso, professor de Física Aplicada Robert Wallace e Vinton Hayes Pesquisador Sênior em Engenharia Elétrica na SEAS e autor sênior do estudo.

O revestimento ultrafino usa pilares de silício projetados com precisão que capturam e retêm a luz vermelha brevemente antes de reemitê-la. Esta retenção temporária permite que a luz azul que se move mais lentamente seja alcançada.

“Nosso revestimento neutraliza os efeitos dispersivos de materiais transparentes, agindo como um redutor de velocidade para a luz vermelha e calculando a média da velocidade de cada comprimento de onda da luz”, disse Marcus Ossiander, pesquisador de pós-doutorado da SEAS e primeiro autor do artigo.

Os pesquisadores testaram o revestimento encurtando os pulsos de laser para apenas alguns quatrilionésimos de segundo. O revestimento nanopilar de silício foi feito usando as mesmas ferramentas de litografia comerciais dos semicondutores industriais, tornando mais fácil aplicar rapidamente esses revestimentos aos componentes ópticos existentes e expandir a aplicabilidade dos pulsos de laser de femtossegundo.

“Agora, qualquer pessoa pode comprar uma lente, colocar o revestimento e usar a lente sem se preocupar com a dispersão”, disse Ossiander. “Esta abordagem pode ser a base para uma série de ópticas anti ou não dispersivas.”

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