Nanotecnologia

Brasileiros capturam luz e movimento com sensor optomecânico

Brasileiros capturam luz e movimento em um sensor optomecânico
Esquema (em cima) e microfotografia (embaixo) do sensor optomecânico. [Imagem: Thiago P. Mayer Alegre/Unicamp]

Sensor optomecânico

Uma das equipes brasileiras que está ajudando a fazer a Revolução Fotônica apresentou sua mais recente inovação - um avanço em termos mundiais.

Felipe Santos e seus colegas da Unicamp desenvolveram um novo tipo de dispositivo optomecânico que utiliza um disco microscópico de silício para armazenar, conjuntamente e ao mesmo tempo, ondas ópticas e mecânicas - ou seja, luz e movimento.

O novo dispositivo é altamente configurável e compatível com os processos de fabricação industrial, o que o torna uma solução prática para melhorar os sensores que detectam força e movimento.

Acoplamento de luz e movimento

Felipe criou um disco de silício de 24 micrômetros de diâmetro que manipula as ondas de luz e as ondas mecânicas usando mecanismos separados.

A luz é confinada com reflexão interna total, o que faz com que ela salte para a borda do disco e percorra a parte externa do anel circular. O disco é suportado por um pedestal central mais fino, que permite que ele vibre em consonância com o movimento externo que se pretende detectar. As ranhuras circulares, que tornam o disco parecido com a mosca de um alvo, levam o movimento mecânico ao anel exterior, onde ele pode interagir com a luz.

"Uma vez que você desacopla as regras de confinamento para a luz e para a mecânica, você pode usar qualquer tipo de material. Também é possível adaptar o dispositivo de forma independente para trabalhar com determinadas frequências de luz ou frequências de ondas mecânicas," explicou o professor Thiago Alegre.

Brasileiros capturam luz e movimento em um sensor optomecânico
O formato de alvo é a chave para manipular separadamente as ondas de luz e de movimento. [Imagem: Felipe G. S. Santos et al. - 10.1364/OE.25.000508]

Optomecânica

Ao acoplar ondas ópticas e mecânicas, os dispositivos optomecânicos podem usar a luz para detectar movimento. Eles são as peças-chaves em equipamentos como os acelerômetros que detectam a orientação e o movimento dos telefones celulares ou que acionam os airbags dos carros.

Apesar de já existirem versões em uso, engenheiros do mundo todo continuam trabalhando para tornar esses dispositivos menores e mais sensíveis ao movimento, forças e vibrações, além de obterem um consumo menor de energia.

A maioria dos dispositivos optomecânicos usa o mesmo mecanismo para confinar a luz e as ondas mecânicas dentro de um material, onde as ondas podem interagir. No entanto, esta abordagem tradicional limita o desempenho porque apenas certos materiais funcionam bem para confinar os dois tipos de ondas.

A equipe brasileira inovou adotando o desenho similar a um alvo, que permitiu separar o confinamento da luz e do movimento, o que permite usar vários tipos de material para fabricar o sensor.

Melhoramentos

A versatilidade do projeto do disco-alvo significa que ele pode ser usado para outras coisas além de simplesmente detectar movimento.

Por exemplo, se o disco for construído com um material capaz de emitir luz laser, torna-se possível criar um laser com pulsos ou níveis de potência controlados pelo movimento. O dispositivo também pode ser usado para construir moduladores ópticos de frequências muito baixas ou muito altas, para aplicações em telecomunicações.

A equipe agora está trabalhando para otimizar ainda mais o sensor. Eles querem, por exemplo, torná-lo ainda mais prático, combinando o disco optomecânico com um guia de onda óptico integrado, que poderá extrair ou trazer a luz para o sensor, tudo em um único chip.

Bibliografia:

Hybrid confinement of optical and mechanical modes in a bullseye optomechanical resonator
Felipe G. S. Santos, Yovanny A. V. Espinel, Gustavo O. Luiz, Rodrigo S. Benevides, Gustavo S. Wiederhecker, Thiago P. Mayer Alegre
Optics Express
Vol.: 25, Issue 2, 508-529
DOI: 10.1364/OE.25.000508




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