A luz de um laser do tamanho de uma caneta é passada através da fibra óptica laranja, e é gravado na câmera. O padrão speckle produzido neste medidor de onda é mostrado na tela.
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de St Andrews conseguiu um avanço na medição de lasers que podem revolucionar o futuro das comunicações de fibra óptica.
A nova pesquisa, publicado em Cartas de Óptica (Quarta-feira, 6 de março), revela que a equipe de cientistas desenvolveu um dispositivo de baixo custo e altamente sensível, capaz de medir o comprimento de onda da luz com uma precisão sem precedentes.
O desenvolvimento do medidor de onda impulsionará a tecnologia de detecção óptica e quântica, melhorando o desempenho dos sensores de próxima geração e a capacidade de transporte de informações das redes de comunicação de fibra óptica.
Liderado pelo Professor Kishan Dholakia da Escola de Física e Astronomia, a equipe passou luz laser através de um pequeno comprimento de fibra óptica, a largura de um cabelo humano, que embaralha a luz em um padrão granulado conhecido como 'mancha'.
Este padrão é mais conhecido como 'neve' difusa vista em televisores analógicos com defeito. Normalmente, cientistas e engenheiros trabalham duro para remover ou minimizar seu efeito. Contudo, a forma do padrão de manchas muda com o comprimento de onda (ou cor) do laser e pode ser gravado em uma câmera digital.
A luz pode ser considerada uma onda. O ciclo de repetição da onda, o comprimento de onda, é crucial para todos os estudos que usam luz. A equipe usou essa abordagem para medir o comprimento de onda com a precisão de um atômetro. Isso é cerca de um milésimo do tamanho de um elétron individual e 100 vezes mais preciso do que demonstrado anteriormente. Para contexto, a medição dessas pequenas mudanças no comprimento de onda do laser é o equivalente a medir o comprimento de um campo de futebol com uma precisão equivalente ao tamanho de um átomo.
Os medidores de onda são usados em muitas áreas da ciência para identificar o comprimento de onda da luz. Todos os átomos e moléculas absorvem luz em comprimentos de onda de laser muito precisos, portanto, a capacidade de identificar e manipular o comprimento de onda em alta resolução é importante em diversos campos, que vão desde o resfriamento de átomos individuais a temperaturas mais frias do que as profundezas do espaço sideral, à identificação de amostras biológicas e químicas. A capacidade de distinguir entre diferentes comprimentos de onda de luz também permite que mais informações sejam enviadas por meio de redes de comunicação de fibra óptica, codificando diferentes canais de dados com diferentes comprimentos de onda.
Os medidores de onda convencionais analisam as mudanças no comprimento de onda usando delicados, componentes ópticos de alta precisão. Os instrumentos mais baratos usados na maioria das pesquisas diárias custam dezenas de milhares de libras. Em contraste, o wavemeter St Andrews consiste em apenas 20 cm de comprimento de fibra óptica e uma câmera. No futuro, pode ser ainda menor.
O Dr. Kishan Dholakia explicou:"O princípio do medidor de onda pode ser facilmente demonstrado em casa. Se você apontar um apontador laser em uma superfície áspera como uma parede pintada, ou através de um material semitransparente como fita adesiva fosca, o laser fica embaralhado no padrão de manchas granuladas. Se você mover o laser, ou alterar qualquer uma de suas propriedades, o padrão exato que você vê mudará dramaticamente. É essa sensibilidade à mudança que torna o speckle uma boa escolha para medir o comprimento de onda. "
Dr. Graham Bruce, também da Escola de Física e Astronomia e principal autor do artigo, disse:"Há um grande investimento no Reino Unido e em todo o mundo no momento no desenvolvimento de uma nova geração de tecnologias ópticas e quânticas, que prometem revolucionar a maneira como medimos o mundo ao nosso redor, as formas como nos comunicamos e a forma como protegemos nossas informações digitais. Lasers e a maneira como medimos e controlamos suas propriedades são fundamentais para este desenvolvimento, e acreditamos que nossa abordagem para medir o comprimento de onda terá um papel importante a desempenhar. "
No futuro, a equipe espera demonstrar o uso de aplicações de tecnologia quântica no espaço e na Terra, bem como medir a dispersão de luz para estudos biomédicos em um novo, maneira barata.