Microestruturas que fabricam cores

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/02/2014

A luz de entrada (vermelha) é convertida no interior do microdisco para a luz de segundo harmônico (azul).
[Imagem: T. Thomay/JQI]

Geração de segundo harmônico

Será possível produzir artificialmente qualquer cor de luz?

Se é, ainda não sabemos como, embora alguns truques tenham permitido a criação das telas de "cores integrais".

Por exemplo, um LED branco é feito inserindo três LEDs - um azul, um vermelho e outro verde - dentro do mesmo invólucro.

Mas a possibilidade de produzir mesmo cores variadas - luz com um comprimento de onda definido - teve um alento com os lasers.

O método mais comum é injetar a luz em um cristal de quartzo, obtendo a luz de uma nova cor - essa é a técnica chamada conversão de frequência, que lançou todo o campo da óptica não-linear.

O problema é que pouquíssimos cristais fazem isso, e cada um faz à sua maneira, e não da maneira que quisermos.

Agora, Paulina Kuo e seus colegas da Universidade de Maryland, nos Estados Unidos, acabam de demonstrar que é possível construir estruturas microscópicas capazes de fazer a conversão de frequência.

Kuo construiu uma microestrutura que faz a geração de segundo harmônico, onde a luz de saída tem o dobro da frequência da luz de entrada. Outra vantagem é que o novo dispositivo é 1.000 vezes menor do que os conversores de frequência anteriores.

"Combinando engenharia de microcavidades e óptica não-linear, podemos criar um pequeno dispositivo de conversão de frequência que pode ser mais facilmente integrado em chips ópticos," disse o professor Glenn Solomon, orientador do trabalho.

Conversão de frequência

A conversão de frequência não é fácil de obter porque não se pode tirar alguma coisa do nada - é necessário que se obedeçam às leis da física sobre a conservação de energia e de momento.

A energia da luz está diretamente relacionada com a sua frequência através de uma constante fundamental, de forma que a lei de conservação é automaticamente satisfeita.

Nos anos 1990, os cientistas descobriram que podiam atender à conservação do momento usando uma técnica chamada "quase casamento de fase" (QPM: quasi-phase matching), mediante a criação de uma estrutura periódica, fabricando cristais com várias camadas.

Mas o processo é complicado do ponto de vista da fabricação e resulta em dispositivos muito grandes.

Tudo parece ficar mais simples com essas novas microestruturas, que podem ser fabricadas com as técnicas usadas na microeletrônica - a estrutura foi fabricada com o semicondutor arseneto de gálio (GaAs).

"Eu estou entusiasmada porque esse método de casamento de fase é totalmente novo. É incrível que o próprio cristal possa fazer a equivalência de fases para atender à conservação de momento, e é promissor ver uma conversão de frequência óptica eficiente em um volume tão pequeno," disse Paulina.

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