Cientistas manipulam luz que nunca chega aos seus olhos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/07/2020

Luz manipulada para criar a forma de um elefante.
[Imagem: Second Bay Studios/Harvard SEAS]

Luz de campo próximo

Físicos finalmente conseguiram desenvolver um sistema para moldar a "luz do campo próximo", abrindo caminho para um controle sem precedentes sobre esse tipo de luz poderoso, mas praticamente inexplorado.

Existem muitos tipos de luz, alguns visíveis e outros invisíveis ao olho humano - por exemplo, nossos olhos e cérebro não têm as ferramentas para processar a luz ultravioleta ou infravermelha, tornando-as invisíveis para nós.

Mas existe um outro tipo de luz que é invisível simplesmente porque ela nunca chega aos nossos olhos. Quando a luz atinge certas superfícies, parte dela "gruda" e permanece junto à superfície, em vez de ser refletida ou dispersa. Esse tipo de luz é chamado de luz de campo próximo.

Hoje, a luz de campo próximo é usada principalmente para microscopia de altíssima resolução, nos microscópios ópticos de varredura de campo próximo.

No entanto, a luz de campo próximo também tem um potencial inexplorado para manipulação de partículas - as pinças ópticas ou raios tratores -, sensoriamento e comunicação óptica. Mas, como essa luz não alcança nossos olhos como a luz de campo distante, os pesquisadores não desenvolveram um kit de ferramentas abrangente para manipulá-la e tirar proveito dela.

Agora, Vincent Ginis e colegas da Universidade de Harvard, nos EUA, desenvolveram um sistema para controlar a luz de campo próximo, alcançado um controle tridimensional sem precedentes desse tipo muito especial de luz - um controle que permite seu aproveitamento prático.

Os conversores moldam o formato da onda na "janela" de interesse.
[Imagem: Vincent Ginis et al. - 10.1126/science.abb6406]

Tons de luz

Para manipular a luz de campo próximo, Ginis desenvolveu um dispositivo no qual a luz confinada em um guia de ondas oscila entre dois espelhos. Cada reflexão faz com que ela mude de modo, o que significa que a luz passa a se propagar com um padrão espacial diferente. Depois de várias reflexões, esses padrões se somam, gerando um perfil complexo de intensidade de luz ao longo do guia de ondas.

A luz de campo próximo perto da superfície do guia de ondas também muda: Quando todos os diferentes padrões da luz são sobrepostos, nasce uma forma específica de onda, que pode ser programada adaptando a amplitude dos modos da luz refletida.

"É mais ou menos como a música," compara Ginis. "A música que você está ouvindo é a superposição de muitas notas, ou modos, reunidos em padrões concebidos pelo compositor. Uma nota sozinha não é muita coisa, mas, tomadas em conjunto, você pode gerar qualquer tipo de música. Enquanto a música opera no tempo, nosso gerador de campo próximo opera no espaço tridimensional, e o aspecto mais intrigante do nosso dispositivo é que uma nota gera a outra ".

Um detalhe importante para aplicações práticas é que esse processo de moldagem da luz acontece remotamente, o que significa que nenhuma parte do dispositivo interage diretamente com a luz de campo próximo. Isso reduz a interferência, o que é importante para aplicações como a manipulação de partículas, além de representar uma mudança radical em relação aos métodos atualmente usados em microscopia, nos quais geralmente a luz precisa incidir em pontas metálicas e nanopartículas.

Para demonstrar o aparato, Ginis moldou a luz do campo próximo na forma de um elefante. Ou, mais especificamente, um elefante dentro de uma jiboia, uma homenagem ao clássico de Antoine de Saint-Exupery, O Pequeno Príncipe.

Ele também moldou a luz em formas geométricas mais simples, incluindo curvas, retas e um platô.

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