Dispositivos optomecânicos, que simultaneamente confina as ondas de luz e as ondas mecânicas para permitir a interação entre elas, pode ser usado para estudar questões fundamentais da física e sentir o movimento de maneira semelhante aos acelerômetros eletromecânicos. Em smartphones, esses componentes eletrônicos alternam a tela sensível ao toque entre retrato e paisagem quando detectam a rotação do usuário.

De acordo com especialistas na área, Contudo, o uso de dispositivos optomecânicos para estudar fenômenos quânticos macroscópicos ou para identificar movimentos muito sutis requer níveis extremamente altos de interação, ou acoplamento, entre ondas de luz e ondas mecânicas.

Grupo de pesquisadores liderado por Thiago Pedro Mayer Alegre e Gustavo Silva Wiederhecker do Instituto de Física Gleb Wataghin da Universidade de Campinas (IF-UNICAMP) no Estado de São Paulo, Brasil, desenvolveram um dispositivo optomecânico com um design inovador que aumenta o acoplamento entre ondas de luz e ondas mecânicas a níveis mais altos do que os relatados para dispositivos semelhantes desenvolvidos em laboratório. Seu trabalho teve apoio da FAPESP.

O novo dispositivo optomecânico e uma demonstração experimental de seu funcionamento são descritos em Optics Express .

"A forma como projetamos o dispositivo permite que os níveis de interação entre as ondas de luz e as ondas mecânicas sejam aumentados, "Disse Alegre.

"Isso significa que o dispositivo tem aplicações práticas e nos auxilia em nossa pesquisa básica, ajudando-nos a responder a certas perguntas, como o que acontece na transição entre o mundo microscópico quântico e o mundo macroscópico clássico. "

O dispositivo criado pelos pesquisadores, com base em um disco de silício de 24 mícrons apoiado por um pedestal central de dióxido de silício permitindo que o disco vibre, tem uma forma de bullseye com ranhuras circulares concêntricas. Graças a esta forma, ondas de luz e ondas mecânicas podem ser confinadas dentro do dispositivo por mecanismos separados. As ondas de luz são confinadas apenas na borda do disco por reflexão interna total, um fenômeno óptico pelo qual a luz dentro de um meio, como água ou vidro, é completamente refletida das superfícies circundantes (como a interface do ar) de volta para o meio, desde que o ângulo de incidência seja maior do que um certo ângulo limite denominado ângulo crítico.

As ondas de luz são, portanto, comprimidas perto da borda do disco e viajam ao redor dos anéis por um longo tempo, enquanto as vibrações mecânicas podem se propagar por todo o material. Contudo, os anéis concêntricos criam regiões de frequência nas quais as ondas mecânicas não podem se propagar, e estão confinados à borda externa do disco, onde eles interagem diretamente com as ondas de luz.

"Confinar as ondas de luz e as ondas mecânicas à borda do disco nos permite aumentar sua interação, que é útil para explorar fenômenos quânticos em objetos macroscópicos, "Alegre explicou.

Em dispositivos desenvolvidos por outros grupos de pesquisa, as ranhuras circulares concêntricas são usadas para confinar as ondas de luz na região central e não na borda, como no caso do aparelho desenhado pelos pesquisadores do IF-UNICAMP.

Como vibrações ópticas, vibrações mecânicas podem ser entendidas como ondas, então o grupo de Alegre teve a ideia de usar os anéis concêntricos para confinar as ondas mecânicas na borda do aparelho e fazer com que interajam mais intensamente com as ondas de luz da mesma região. "O objetivo de desenvolver o disco com este design alvo era evitar que o modo mecânico 'visse' o pedestal central que sustenta o disco e permitisse que toda a estrutura vibrasse, eliminando perdas mecânicas, " ele disse.

O dispositivo é altamente personalizável, ele adicionou, e compatível com os processos de fabricação industrial existentes, tornando-se uma solução para o aprimoramento de sensores que detectam força e movimento, por exemplo. Uma de suas aplicações potenciais é em telecomunicações como modulador óptico, Alegre explicou. Como o dispositivo pode sentir e excitar vibrações mecânicas, pode ser usado como um interruptor óptico, controlar um feixe de laser que passa por ele com muito mais eficiência do que as tecnologias de modulação usadas hoje em redes de telecomunicações ópticas.

“Foi fabricado de acordo com os processos industriais atuais, para que qualquer grupo do mundo pudesse reproduzi-lo, " ele disse.