No final daquele arco-íris tem... um chip

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/10/2025

O chip inclui cerca de 20 osciladores paramétricos, e um deles está sendo testado. Uma fibra óptica é mostrada à esquerda do chip e uma objetiva de espaço livre à direita.
[Imagem: Alireza Marandi]

Emissor de luz de amplo espectro

Existem algumas lâmpadas decorativas que permitem que você ilumine sua sala com diferentes cores. Na verdade, porém, esses abajures contêm diferentes LEDs, cada um emitindo sua própria cor - ainda não possuímos emissores de luz de "amplo espectro", ou seja, capazes de mudarem a cor da luz emitida ao girar de um botão.

É uma pena, porque uma fonte de luz que cubra uma ampla faixa de frequências é altamente desejável para muitos experimentos científicos e para muitas aplicações práticas, incluindo o controle de qualidade na fabricação de chips, comunicações, geração de imagens e até espectroscopia, onde a luz é usada para detectar e identificar átomos e moléculas em diversos ambientes.

Mas Ryoto Sekine e colegas do Instituto de Tecnologia da Califórnia mostraram que estão no caminho certo. Eles criaram um pequeno dispositivo capaz de produzir uma gama excepcionalmente ampla de frequências (cores) de luz laser com altíssima eficiência - tudo em um microchip.

A inovação se baseia em um trabalho anterior da própria equipe, quando eles miniaturizaram o laser ultrarrápido ganhador do Nobel, colocando-o dentro de um chip. Agora eles ampliaram a capacidade de emissão de luz do chip.

"Estamos demonstrando que, com um único dispositivo nanofotônico e baixas energias de entrada, na faixa de femtojoules, é possível cobrir uma ampla seção do espectro eletromagnético, desde comprimentos de onda visíveis até o infravermelho médio. Isso é algo inédito," disse o professor Alireza Marandi, coordenador da equipe.

A miniaturização abre caminho para novos usos desta tecnologia fotônica.
[Imagem: Ryoto Sekine et al. - 10.1038/s41566-025-01753-7]

Chip gerador de arco-íris

O dispositivo utiliza uma tecnologia que existe desde os anos 1960: Um oscilador paramétrico óptico (OPO). Essencialmente, um OPO é um ressonador, uma pequena "armadilha" que capta a luz laser de entrada, de uma determinada cor, e então utiliza um cristal não linear especial - neste caso, um cristal de niobato de lítio cuidadosamente engenheirado - para então emitir luz em diferentes cores.

Tipicamente, os OPOs partem de uma fonte de laser com uma faixa de frequência estreita e geram saídas em frequências diferentes, mas ainda em uma faixa estreita. A equipe superou essa limitação usando uma outra estrutura fotônica, conhecida como pente de frequência.

O resultado é a geração de um espectro de luz semelhante a um laser, em uma ampla faixa de frequências, uniformemente espaçadas, com pouquíssima energia de entrada. O pente de frequência cobre uma faixa espectral surpreendentemente ampla, fornecendo linhas nítidas e estáveis, desde a luz visível até os comprimentos de onda mais longos do infravermelho médio.

Amplo espectro e baixo consumo

O desenvolvimento da técnica do pente de frequências recebeu o Prêmio Nobel de Física de 2005. Ao contrário dos lasers convencionais, que emitem uma única cor de luz, os pentes de frequências funcionam como uma régua para a luz em uma faixa de frequências, uma tecnologia que permitiu aprimorar tudo, desde a precisão dos relógios atômicos e medições feitas com luz até o monitoramento ambiental.

O novo chip vai além graças ao que a equipe chama de engenharia de dispersão - moldando como diferentes comprimentos de onda de luz viajam através do dispositivo, garantindo que permaneçam juntos em vez de se espalharem - e uma estrutura ressonadora cuidadosamente projetada. Juntos, esses recursos permitem que o dispositivo amplie o espectro de forma eficiente e mantenha a coerência, exigindo um limiar extremamente baixo - a energia na qual ele começa a funcionar.

Outro grande benefício associado é que a tecnologia traz para a escala de chips o que hoje exige equipamentos pesados de mesa.

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