Criado primeiro osciloscópio capaz de mostrar ondas de luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/12/2021

Os osciloscópios estão por toda parte, mas a maioria deles ainda funciona apenas no regime dos megahertz.
[Imagem: Shafin_Protic/Pixabay]

Aparelho para ver ondas

Os osciloscópios ainda aparecem em muitos filmes de ficção para dar uma "impressão de tecnologia", mas a realidade é que este é instrumento encontrado não apenas em laboratórios modernos, mas também na maioria das oficinas de conserto de rádios e TVs.

Sua função básica é mostrar a onda gerada por um componente ou circuito eletroeletrônico, plotando a intensidade do sinal elétrico, ou seja, a tensão, no eixo vertical, ao longo do tempo, que aparece no eixo horizontal.

Mas ninguém até hoje havia conseguido construir um osciloscópio para mostrar ondas de luz - um osciloscópio óptico - devido à velocidade muito elevada com que as ondas de luz oscilam - sua frequência.

Nossas tecnologias mais avançadas, que dão suporte aos nossos celulares e à internet, trabalham com campos elétricos em frequências até a faixa dos gigahertz (10⁹ hertz), o que cobre a frequência de rádio e regiões de micro-ondas do espectro eletromagnético.

As ondas de luz oscilam em taxas muito mais altas, na faixa dos terahertz (10¹² hertz). Por isso, os equipamentos atuais para medir campos de luz podem resolver apenas um sinal médio associado a um pulso de luz, e não os picos e vales dentro do pulso.

Esquema de funcionamento do osciloscópio óptico e as ondas de luz que ele consegue revelar.
[Imagem: Yangyang Liu et al. - 10.1038/s41566-021-00924-6]

Osciloscópio óptico

Este desafio acaba de ser vencido por Yangyang Liu e seus colegas da Universidade Central da Flórida, nos EUA.

E eles criaram o primeiro osciloscópio óptico usando um dispositivo incomum para esse tipo de aparelho: Um sensor de imagem CCD, o mesmo tipo usado nas câmeras fotográficas.

A luz cuja onda se quer mapear é coletada pelo sensor. Em vez de usar os sinais elétricos gerados conforme a luz atinge o sensor para construir uma imagem, a equipe desenvolveu uma técnica para analisar essa fotocorrente e criar uma imagem da própria onda em tempo real.

"Ao mapear o atraso temporal entre uma excitação intensa e um pulso de perturbação fraco em uma coordenada espacial transversal do sensor de imagem, mostramos que a técnica permite a medição em um disparo único de formas de onda de poucos ciclos," escreveu a equipe.

"As comunicações por fibra óptica têm aproveitado a luz para tornar as coisas mais rápidas, mas ainda somos funcionalmente limitados pela velocidade do osciloscópio," comentou o professor Michael Chini. "Nosso osciloscópio óptico pode ser capaz de aumentar essa velocidade por um fator de cerca de 10.000."

Com a prova de conceito em funcionamento, a equipe pretende agora checar os CCDs disponíveis e aprimorar sua própria técnica de processamento para ver o quanto conseguem aumentar a velocidade do osciloscópio óptico.

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