p Usando ondas de luz em vez de corrente elétrica para transmitir dados, chips fotônicos - circuitos de luz - avançaram na pesquisa fundamental em muitas áreas, desde a medição do tempo até as telecomunicações. Mas para muitas aplicações, os feixes estreitos de luz que atravessam esses circuitos devem ser substancialmente alargados a fim de se conectar com maiores, sistemas fora do chip. Feixes de luz mais amplos podem aumentar a velocidade e a sensibilidade das imagens médicas e procedimentos de diagnóstico, sistemas de segurança que detectam vestígios de produtos químicos tóxicos ou voláteis e dispositivos que dependem da análise de grandes grupos de átomos. p Cientistas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) desenvolveram agora um conversor altamente eficiente que aumenta o diâmetro de um feixe de luz em 400 vezes. O físico do NIST Vladimir Aksyuk e seus colegas, incluindo pesquisadores da University of Maryland NanoCenter em College Park, Maryland, e a Texas Tech University em Lubbock, descreveu seu trabalho no jornal Luz:Ciência e Aplicações .

p O conversor amplia a seção transversal, ou área do feixe, em duas etapas consecutivas. Inicialmente, a luz viaja ao longo de um guia de onda óptico - um fino, canal transparente cujas propriedades ópticas limitam o diâmetro do feixe a algumas centenas de nanômetros, menos de um milésimo do diâmetro médio de um fio de cabelo humano. Como o canal do guia de ondas é tão estreito, parte da luz de viagem se estende para fora, além das bordas do guia de ondas. Aproveitando esta ampliação, a equipe colocou uma placa retangular composta do mesmo material que o guia de ondas de um minúsculo, distância medida com precisão do guia de ondas. A luz pode saltar pela pequena lacuna entre os dois componentes e vazar gradualmente para a laje.

p A laje mantém a largura estreita da luz na dimensão vertical (de cima para baixo), mas não fornece tais restrições para a lateral, ou lateralmente, dimensão. À medida que a lacuna entre o guia de ondas e a laje muda gradualmente, a luz na placa forma um feixe precisamente direcionado 400 vezes mais largo do que o diâmetro de aproximadamente 300 nm do feixe original.

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p Na segunda fase da expansão, que amplia a dimensão vertical da luz, a viga que viaja pela laje encontra uma rede de difração. Este dispositivo óptico tem regras ou linhas periódicas, cada um dos quais espalha luz. A equipe projetou a profundidade e o espaçamento das regras para variar de modo que as ondas de luz se combinem, formando um único feixe largo direcionado em um ângulo quase reto com a superfície do chip.

p Mais importante, a luz permanece colimada, ou precisamente paralelo, ao longo do processo de expansão de duas fases, para que fique no alvo e não se espalhe. A área do feixe colimado agora é grande o suficiente para viajar a longa distância necessária para sondar as propriedades ópticas de grandes agrupamentos difusos de átomos.

p Trabalhando com uma equipe liderada por John Kitching do NIST em Boulder, Colorado, os pesquisadores já usaram o conversor de dois estágios para analisar com sucesso as propriedades de cerca de 100 milhões de átomos de rubídio gasoso conforme eles saltavam de um nível de energia para outro. Essa é uma prova de conceito importante porque os dispositivos baseados em interações entre a luz e os gases atômicos podem medir quantidades como o tempo, comprimento e campos magnéticos e têm aplicações na navegação, comunicações e medicina.

p "Os átomos se movem muito rapidamente, e se o feixe que os monitora for muito pequeno, eles se movem para dentro e para fora do feixe tão rápido que se torna difícil medi-los, "disse Kitching." Com grandes feixes de laser, os átomos permanecem no feixe por mais tempo e permitem uma medição mais precisa das propriedades atômicas, "acrescentou. Essas medições podem levar a padrões de comprimento de onda e tempo melhorados. p Esta história foi republicada por cortesia do NIST. Leia a história original aqui.