Ao medir a duração de fenômenos físicos de alta velocidade, um bom cronômetro só pode levá-lo até agora, e embora os osciloscópios possam captar sinais elétricos com frequências de alguns GHz, medir fenômenos óticos incrivelmente rápidos requer algo mais - um sistema chamado pente de frequência ótica. Lasers normais são fontes monocromáticas contendo apenas uma única frequência de luz; em contraste, os combs de frequência contêm muitas frequências, igualmente espaçados no domínio da frequência, que se parecem muito com os dentes de um pente. Os pentes de frequência são usados ​​extensivamente como um tipo de "régua óptica", uma vez que podem medir sinais que variam rapidamente, interferindo nos "dentes" dos pentes de frequência com o sinal que desejam medir, que consequentemente converte esses sinais em sinais de radiofrequência mais gerenciáveis.

Pesquisadores da Unidade de Interações Light-Matter da Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa, junto com colaboradores na Washington University, publicou um artigo recentemente em Cartas de Óptica em que descrevem como criaram um pente de frequência no espectro visível. Eles conseguiram isso combinando um fenômeno conhecido como mistura de quatro ondas com um de baixo custo, dispositivo de baixa potência denominado ressonador de microbolhas (MBR). MBRs são um tipo de ressonador de modo de galeria sussurrante (WGMR), e até agora, apenas os combs de frequência infravermelho foram produzidos diretamente usando a mistura de quatro ondas em WGMRs. Mover o comprimento de onda operacional desses dispositivos para o regime visível traz enormes benefícios, uma vez que uma 'régua óptica' é frequentemente procurada para a luz que pode ser observada pelo olho humano. O dispositivo MBR pode ser muito útil na ciência médica, onde medições de frequência de alta precisão são necessárias, como tomografias computadorizadas, onde os combs de frequência óptica são um excelente candidato. Atualmente, os combs de frequência óptica são gerados usando sistemas de laser de femtossegundos robustos que requerem muito espaço e consomem muitos watts de energia, ou usando outros grandes sistemas de laser de modo bloqueado. O MBR proposto, em contraste, tem mícrons de tamanho e requer apenas um laser de baixa potência para bombear o dispositivo, uma vez que o minúsculo volume do ressonador significa que pequenas potências de entrada correspondem a intensidades de circulação extremamente altas, um requisito para a ocorrência de processos não lineares.

Uma galeria de sussurros clássica - o fenômeno que permite que esse dispositivo funcione - é um efeito acústico. A cúpula da catedral de São Paulo em Londres é um exemplo famoso de galeria de sussurros. Em um recinto circular, as ondas sonoras se propagam ao longo das paredes internas com pouca perda, permitindo ouvir sussurros murmurados perto da parede, a uma grande distância ao longo da parede. Opticamente, os pesquisadores replicam esse efeito fazendo com que a luz "salte" ao longo das paredes de uma cavidade circular, neste caso, um ressonador de microbolhas. O grupo conseguiu fabricar um ressonador de microbolhas com uma espessura de parede de 1,4 mícron - cerca de 60 vezes mais fina do que um fio de cabelo humano - e um diâmetro total de 120 mícrons. Usando este dispositivo, eles conseguiram produzir um pente de frequência óptica com um comprimento de onda vermelho central de 765 nanômetros, coincidindo exatamente com os resultados previstos.

Os autores do artigo criaram MBRs estreitando capilares de vidro até algumas dezenas de mícrons de diâmetro, bloqueando uma de suas aberturas e, em seguida, bombeando gás para os tubos. O aquecimento de uma área do vidro usando um laser de CO2 forma uma pequena bolha devido ao equilíbrio entre a pressão do gás dentro do capilar e a tensão superficial do vidro fundido, muito parecido com o modo como os sopradores de vidro produzem lindos vasos de vidro. Ao contrário dos ressonadores sólidos típicos sem paredes finas, os pesquisadores podem controlar a espessura da parede com precisão, permitindo um grau extra de liberdade. Essa diferença crucial permitiu aos pesquisadores sintonizar a frequência central do dispositivo para o regime visível.

Dr. Yong Yang, o autor principal deste artigo, espera empurrar os limites do dispositivo com dimensões de parede ainda mais finas e espera expandir o alcance deste dispositivo para, eventualmente, abranger a lacuna entre a luz azul de menor comprimento de onda até a região do infravermelho próximo. "Estou animado com o ressonador de microbolhas, já que sua geometria exclusiva nos dá muito mais controle sobre as propriedades dispersivas e nos ajudará a expandir ainda mais os limites deste dispositivo, "diz Yang. Em última análise, este trabalho pode fornecer aos pesquisadores uma ferramenta de baixo custo, alternativa compacta e de baixa potência aos pentes de frequência disponíveis comercialmente hoje. Qual a melhor maneira de medir a luz do que usando a luz?