Anti-laser agora não absorve nem amplifica a luz: Ele a redireciona

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/01/2023

O dispositivo plano (nos lados da caixa) foi testado com êxito na frequência de micro-ondas usada na transmissão de dados.
[Imagem: Jérôme Sol et al. - 10.1126/sciadv.adf0323]

Anti-laser

Partindo de um inovador "anti-laser", pesquisadores desenvolveram um sistema capaz de direcionar a luz e outras ondas eletromagnéticas sem qualquer reflexão de sinal.

Como o aparato "limpa" o sinal, tornando-o puro para processamento, essa inovação promete alavancar uma série de tecnologias, das redes de comunicação sem fios a todo o campo da fotônica e demais tecnologias da luz.

Há cerca de 10 anos, a equipe do professor Douglas Stone, da Universidade de Yale, nos EUA, criou um anti-laser, ou absorvedor coerente perfeito: Em vez de emitir um feixe como um laser, um anti-laser absorve a luz de entrada com a mesma precisão.

Em uma lâmpada incandescente comum, os átomos irradiam independentemente e criam luz de muitos comprimentos de onda diferentes, o que resulta em luz seguindo em todas as direções. Nos lasers, os átomos irradiam na mesma frequência e na mesma direção, criando um feixe concentrado de um único comprimento de onda - é oque se chama de "luz coerente". Além disso, um meio de ganho amplifica essa luz, tornando-a muito mais forte e concentrada.

A diferença do anti-laser é que, em vez de usar um material amplificador de luz, ele usa um material que absorve a luz, ou seja, um "meio de perda". Em sua versão mais simples, o anti-laser divide um único feixe de laser em dois e direciona os dois feixes um para o outro, que se encontram em uma pastilha de silício da espessura de uma folha de papel. As ondas de luz são sintonizadas com precisão para se interligarem e ficarem presas. Elas então se dissipam em calor, criando uma armadilha perfeita, que aprisiona a luz.

Ou seja, o raio anti-laser captura a luz para produzir escuridão - você pode até pensar nele como um raio laser capaz de disparar pulsos escuros.

Como a matriz é programável, pode-se selecionar quais comprimentos de onda devem ser preservados e quais devem ser descartados.
[Imagem: Jérôme Sol et al. - 10.1126/sciadv.adf0323]

Meta-átomos e metassuperfície

A mesma equipe que trouxe o anti-laser da teoria para a prática agora usou-o para construir um dispositivo capaz de realizar um processo que eles chamam de "modos de dispersão sem reflexão".

"Nós nos perguntamos se existiria algum princípio como este, em que podemos guiar a luz, em vez de transformá-la em outra forma de energia," contextualizou Stone. "Porque, com as fibras ópticas e os circuitos fotônicos modernos, guiar a luz e não ter nada refletido é extremamente valioso."

Toda a mágica acontece em uma metassuperfície programável, uma matriz ultrafina formada por elementos denominados "meta-átomos", cujas propriedades de dispersão podem ser reconfiguradas individualmente - o protótipo tem 304 desses meta-átomos.

Deu certo, e eles adaptaram seu anti-laser para, ao invés de absorver as ondas eletromagnéticas, redirecioná-las para canais específicos. "Em vez de ter tudo transduzido, tudo pode ir para nossos canais de saída escolhidos ou parte dele pode ser absorvido e o restante ir para os canais de saída," explicou Stone.

Como a prova de princípio funcionou, agora a equipe se dedicará a aumentar a eficiência do dispositivo. Para isso, e de modo um tanto curioso, eles terão que fazer justamente o contrário do que almejavam quando construíram o anti-laser: Eliminar totalmente a propriedade de absorção da luz.

Tornando-se eficiente e prático, o dispositivo eliminador de reflexões de sinal terá amplas aplicações. Por exemplo, as reflexões sempre foram um problema para os roteadores de sinal, um ingrediente essencial das modernas redes nanofotônicas e de radiofrequência. Além de causar uma perda na potência do sinal, essas reflexões podem causar ecos na rede que causam perda total dos pacotes transmitidos. O novo dispositivo poderá eliminar essas reflexões.

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