quinta-feira, 12 de fevereiro de 2015

Som retarda, acelera e bloqueia a luz


Ilustração artística da manipulação da luz usando microesferas de sílica - o vermelho ilustra a luz lenta, o azul ilustra a luz rápida e o amarelo ilustra o efeito de bloqueio da luz.


Transparência Induzida pelo Espalhamento de Brillouin

Pesquisadores da Universidade de Illinois, nos Estados Unidos, demonstraram experimentalmente pela primeira vez um fenômeno que pode ser usado para retardar, acelerar e bloquear a luz. A demonstração tem enorme importância para o campo da óptica, com um impacto direto nos desenvolvimentos no campo da optoeletrônica e da computação quântica. O fenômeno é chamado de Transparência Induzida pelo Espalhamento de Brillouin (TIEB). O Espalhamento de Brillouin ocorre quando o fóton interage com as moléculas do meio onde a luz se propaga, gerando vibrações mecânicas, essencialmente ondas acústicas quase uniformes. Essas ondas sonoras podem então ser utilizadas para manipular a luz.

Vários fenômenos associados já haviam sido demonstrados na prática - como amplificação de Brillouin e espalhamento de Brillouin estimulado - e estão sendo explorados nas transmissões de dados por fibras ópticas e em dispositivos mais avançados no campo da optoeletrônica, que está tentando colocar a luz dentro dos chips. Já o novo fenômeno de transparência induzida permite que a luz viaje num sentido e seja fortemente absorvida no sentido oposto - isto é diferente da quebra da simetria da luz feita por outro grupo recentemente. Este comportamento não-recíproco é essencial para a construção de isoladores e circuladores, componentes fundamentais na óptica e em todos os campos derivados dela.

Interação da luz com som

JunHwan Kim e seus colegas demonstraram o fenômeno TIEB (transparência induzida pelo espalhamento Brilloiun) usando nada além de uma fibra óptica muito fina e uma microesfera de vidro posta junto à fibra - um ressonador de microesfera. "O efeito ocorre devido à interação da luz com as ondas sonoras presentes no material, e é um novo processo físico que nunca fora visto antes. O aspecto mais significativo da nossa descoberta é a observação de que o TIEB é um fenômeno não-recíproco - a transparência só é gerada em um sentido. No outro sentido, o sistema continua absorvendo a luz," disse o professor Gaurav Bahl, coordenador da equipe.

A simetria de reversão temporal - a reciprocidade - é um princípio fundamental bem compreendido na maioria dos contextos acústicos, eletromagnéticos e termodinâmicos. Os engenheiros frequentemente são forçados a usar truques para quebrar essa simetria de reversão do tempo para aplicações de dispositivos específicos.

Quebrando a simetria de reversão temporal

Os atuais componentes ópticos não-recíprocos - por exemplo, isoladores e circuladores - são construídos exclusivamente usando o efeito magneto-óptico de Faraday. Este método usa campos magnéticos para quebrar a simetria de reversão temporal com determinados cristais de granada e ferrita. Contudo, estes materiais são difíceis de serem cultivados na escala dos chips e os campos magnéticos são fontes de interferência danosos para muitas aplicações, o que tem inviabilizado a criação de isoladores de efeito Faraday para sistemas ópticos miniaturizados e integrados em chips.

"Nós demonstramos um método de obtenção de não-reciprocidade óptica linear que não usa ímãs, pode ser implementado em qualquer material óptico comum sem precisar de ferritas e pode ser implementado em qualquer fábrica comercial," acrescentou Bahl.

Via estreita

O novo fenômeno também permite a aceleração e a desaceleração da velocidade de grupo de luz - os físicos chamam isto de "luz rápida" e "luz lenta". As técnicas de "luz lenta" são extremamente úteis para o armazenamento de informações quânticas em cristais e aplicações de armazenamento óptico em geral. "Embora já se soubesse que a luz lenta e a luz rápida podem ser obtidas usando o espalhamento de Brillouin, nosso dispositivo é muito menor e usa muito menos energia do que qualquer outra demonstração anterior, por várias ordens de magnitude. No entanto, devemos sacrificar a largura de banda para obter tal desempenho," ressalva Kim.

Fonte: Inovação Tecnológica

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