Antirreflexo permite transmissão perfeita - da luz às ondas de rádio

Com informações da Physics World - 01/09/2022

Um meio desordenado (superior) torna-se um transmissor perfeito com um revestimento antirreflexo feito sob medida (inferior).
[Imagem: TU Wien]

Anulando a reflexão

Uma nova técnica que impede completamente que as ondas eletromagnéticas - da luz visível às frequências usadas em telecomunicações - sejam refletidas em uma superfície pode melhorar a recepção de sinais sem fio e as técnicas de imagens usadas para exames médicos.

A técnica envolve primeiro enviar as ondas através de uma estrutura antirreflexo especial, projetada para corresponder precisamente à maneira como as ondas normalmente refletiriam na superfície frontal de um objeto.

E, de modo surpreendente, isso não requer nenhum conhecimento da estrutura interna do objeto, o que amplia muito as potenciais aplicações da técnica.

Embora a mesma equipe já tivesse criado ondas de luz que atravessam materiais opacos e demonstrado as possibilidades tecnológicas do eco quântico, não havia anteriormente nem mesmo uma proposta teórica de que a demonstração feita agora fosse possível - e eles não apenas desenvolveram a matemática necessária para ajustar as ondas, como também fizeram uma demonstração experimental de que a coisa funciona.

Antirreflexo para ondas de comunicação

As ondas eletromagnéticas se espalham - isto é, são defletidas e refletidas - à medida que se propagam através de meios desordenados. Essa dispersão é uma limitação séria para muitas aplicações, incluindo telecomunicações, imagens biomédicas, sismologia e engenharia de materiais. Os efeitos cotidianos disso incluem de um rádio chiando e uma queda na velocidade de dados sem fios até a pouca visibilidade quando há neblina.

Ao desenvolver uma maneira de contornar isso, a equipe os professores Stefan Rotter (Universidade Tecnológica de Viena, na Áustria) e Matthieu Davy (Universidade de Rennes, na França) se inspiraram nos revestimentos antirreflexo usados em óculos. Esses revestimentos são projetados para reduzir a reflexão traseira da luz, garantindo que tudo o que você está olhando seja transmitido aos seus olhos da maneira mais completa possível.

A diferença é que a equipe alcançou essa capacidade não para objetos geométricos simples, como lentes, mas para sistemas realmente complexos, objetos que espalham luz em todas as direções.

"A estrutura antirreflexo que projetamos também tem uma forma muito complexa, que resulta de um procedimento de otimização que, notavelmente, não requer nenhum conhecimento da estrutura interna do obstáculo," comentou Rotter. "Em vez disso, nós só precisamos saber como as ondas são refletidas da sua superfície frontal. Na verdade, essa estrutura antirreflexo é um meio desordenado em si mesmo, com a propriedade especial de que se ajusta perfeitamente com o meio fixo por meio do qual se pretende transmitir."

No campo da luz visível, um vidro "invisível" promete acabar com os reflexos das telas.
[Imagem: BNL]

Reflexão quase zero

Na demonstração da técnica, a equipe enviou sinais de microondas através de um guia de ondas metálico contendo 17 cilindros de Teflon e três cilindros metálicos, distribuídos aleatoriamente por uma região de 0,2 metro de comprimento. Nessa pista de obstáculos, as ondas se espalham e são refletidas de tal forma que apenas cerca de metade atinge o outro lado do guia de ondas.

Os pesquisadores então mediram precisamente como as ondas foram espalhadas pelo guia de ondas usando um modelo matemático baseado em uma equação escalar bidimensional de Helmholtz, que permitiu calcular a dispersão adicional necessária para formar uma camada antirreflexo perfeita para este sistema.

Eles descobriram que, quando as ondas passam por essa camada antirreflexiva, com seus pontos de dispersão matematicamente otimizados, antes de se propagarem pela pista de obstáculos, com os espalhadores dispostos aleatoriamente, 100% atinge o outro lado - a reflexão, portanto, é reduzida a quase zero.

"Nós acreditamos que nossa técnica, que compensa a dispersão de ondas com dispersão adicional, será muito útil para todas as aplicações nas quais os campos de ondas precisam ser transmitidos em ambientes complicados," disse Rotter. "Em particular, pensamos aqui em sinais sem fio, que precisam ser transmitidos através de uma parede para um receptor localizado em outra sala, ou uma correção de frente de onda em imagens biomédicas."

A dinâmica das ondas e a dispersão das ondas também desempenharão um papel importante no 6G, a próxima geração de comunicações móveis. Esta técnica pode permitir, por exemplo, reduzir a intensidade dos sinais de rádio móvel enviando-os por caminhos adequados, do transmissor ao receptor, com o mínimo de reflexão possível.

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