Três representações do feixe de 'pulso de agulha', mostrando como as frentes de onda circular colapsam em uma distribuição de energia fina como uma agulha sem lóbulos laterais. Crédito:Kevin Parker / Miguel Alonso
Um novo padrão de feixe desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Rochester pode trazer nitidez sem precedentes às imagens de ultrassom e radar, queime buracos precisos em materiais manufaturados em escala nano - até mesmo grave novas propriedades em suas superfícies.
Estes são apenas alguns dos itens da "árvore de natal" das possíveis aplicações para o padrão de viga que Miguel Alonso, professor de ótica, e Kevin Parker, o William F. May Professor de Engenharia, descrever em um artigo recente em Optics Express .
O padrão resulta do que Parker chama de "uma solução matemática analiticamente bela" que Alonso idealizou. Faz com que uma onda de luz ou som entre em colapso para dentro, formando - durante um mero nanossegundo ou menos - um incrivelmente fino, feixe intenso antes que a onda se expanda para fora novamente.
"Toda a energia se encaixa no tempo e no espaço, então se junta - BAM! - como um crescendo, "diz Parker, batendo palmas explosivamente para dar ênfase. "Isso pode ser feito com uma onda de luz óptica, com ultrassom, radar, sonar - funcionará para todos eles. "
A maioria dos padrões de feixe tradicionais mantém uma forma persistente enquanto a fonte está operando. Contudo, eles não são tão intensos quanto o feixe criado por Parker e Alonso, que os pesquisadores chamam de "feixe de pulso de agulha". "É muito localizado, sem extensões ou lóbulos laterais que transportariam energia para longe do feixe principal, "diz Alonso.
Lobos laterais, irradiando de um feixe como os halos às vezes vistos ao redor do farol de um carro, são especialmente problemáticos em ultrassom. "Os lóbulos laterais são o inimigo, "Alonso diz." Você deseja direcionar todas as suas ondas de ultrassom para a única coisa que deseja visualizar, Então, tudo o que for refletido de volta lhe dirá sobre aquela coisa. Se você também está obtendo uma difusão de ondas em outro lugar, isso embaça a imagem. "
Porque é incrivelmente estreito, o novo feixe "torna possível resolver as coisas em resoluções requintadas, onde você precisa separar coisas minúsculas que estão juntas, "Parker diz, acrescentando que o feixe pode ter aplicações não apenas para ultra-som, mas microscopia, radar, e sonar.
Uma representação do feixe de 'pulso de agulha', mostrando como as frentes de onda circular colapsam em uma distribuição de energia fina como uma agulha sem lóbulos laterais. Crédito:University of Rochester
De acordo com Alonso, as aplicações industriais podem incluir qualquer forma de processamento de materiais a laser que envolva colocar o máximo de luz possível em uma determinada linha.
A ideia para o feixe de pulso de agulha se originou com Parker, um especialista em ultrassom, que, para se inspirar, frequentemente examina funções matemáticas de um século ou mais atrás nos "textos antigos".
"Pude ver uma forma geral da solução, mas não consegui passar da equação, "ele diz:" Então, procurei a pessoa (Alonso) que considero o maior especialista do mundo em teoria óptica e matemática. "
Eles vieram com várias expressões que eram "matematicamente corretas, "Alonso diz, mas correspondia a feixes que exigiam uma quantidade infinita de energia. A solução - "um truque matemático específico" que poderia ser aplicado a um feixe com energia finita - veio a ele enquanto nadava com sua esposa no Lago Ontário.
"Muitas das ideias que tenho não acontecem na minha mesa, "Alonso diz." Acontece enquanto estou andando de bicicleta, ou no chuveiro, ou nadar, ou fazendo outra coisa - longe de toda a papelada. "
Parker diz que esta descoberta continua uma busca internacional que começou na Universidade de Rochester. Em 1986, em face do ceticismo mundial, uma equipe da Universidade incluindo Joseph Eberly, o professor de física Andrew Carnegie e professor de ótica, ofereceu evidências de um novo inesperado, forma de luz livre de difração. O chamado feixe de Bessel agora é amplamente utilizado.
Leia o estudo de 1986, "Feixes sem difração"
"Passaram-se décadas desde que alguém formulou um novo tipo de viga, "Parker diz." Então, assim que o feixe de Bessel foi anunciado, as pessoas estavam pensando que pode haver outros novos feixes por aí. A corrida começou.
"Encontrar um novo padrão de feixe é como encontrar um novo elemento. Isso não acontece com muita frequência."
