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Filtro fotônico pega luz branca e gera a cor que você quer

Filtro fotônico separa luz branca em arco-íris
A cor gerada depende do ângulo de incidência da luz. [Imagem: Matthew S. Davis et al. - 10.1038/s41467-017-01268-y]

Filtro de frequências

Este pequeno dispositivo fotônico consegue fazer duas coisas que o tornam digno de uma longa série de elogios superlativos: ele divide um feixe de luz branca em suas cores componentes com base na direção da iluminação; ou dirige as cores para um determinado conjunto de ângulo de saída.

Parece pouco elucidativo?

Então imagine um pequeno aparelho que inunde cada cômodo de sua casa com um tom diferente do arco-íris - talvez azul para a sala de estar, verde para a cozinha, algum tom pastel para o quarto, e assim por diante.

Como esse filtro de luz também é muito pequeno - suas dimensões estão em nanoescala - pode-se igualmente imaginá-lo gerando as luzes vermelha, verde e azul para os píxeis de telas; ou dividindo a luz do Sol para diversas células solares, cada uma otimizada para um comprimento de onda; ou detectando a direção da luz para medir a espessura de materiais; e assim por diante.

"Nosso filtro direcional, com sua arquitetura aperiódica, pode funcionar de muitas maneiras que não são fundamentalmente realizáveis com um dispositivo como uma grade, que possui uma estrutura periódica. Com este dispositivo ajustável, podemos manipular vários comprimentos de onda de luz simultaneamente," afirmou Amit Agrawal, do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia dos EUA.

Ao citar as grades, o pesquisador compara o novo componente fotônico com os pentes de frequências ópticas - ou grades de frequências -, que valeram o Prêmio Nobel de Física de 2005 a John Hall e Theodor Hansch, que consistem de uma multiplicidade de linhas espectrais vizinhas, alinhadas em um padrão regular.

Filtro fotônico separa luz branca em arco-íris
O cálculo dos padrões de ranhuras é direto, dispensando aproximações. [Imagem: Matthew S. Davis et al. - 10.1038/s41467-017-01268-y]

Filtro de cores

Este novo filtro é diferente das grades justamente por não possuir o padrão regular. Em vez disso, ele é formado por um conjunto de linhas ou círculos concêntricos entalhados em uma película metálica, ranhuras essas muito menores do que o comprimento de onda da luz visível.

Isso permitiu diminuir o tamanho do filtro e o tornaram muito mais versátil do que uma grade. Por exemplo, as ranhuras não uniformes - ou aperiódicas - podem ser adaptadas para enviar um determinado comprimento de onda - uma determinada cor da luz - para qualquer local desejado. E calcular a profundidade e a posição de cada ranhura é mais simples do que no caso das grades, já que os cálculos são diretos, dispensando aproximações.

Seu funcionamento baseia-se na plasmônica, ou nos plásmons de superfície, quasipartículas representadas por elétrons na superfície de um metal que ondulam quando o metal é atingido pela luz. As ranhuras manipulam essas ondas da forma desejada, reconvertendo-as em fótons de comprimentos de onda específicos.

Bibliografia:

Aperiodic nanoplasmonic devices for directional colour filtering and sensing
Matthew S. Davis, Wenqi Zhu, Ting Xu, Jay K. Lee, Henri J. Lezec, Amit Agrawal
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 1347
DOI: 10.1038/s41467-017-01268-y




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