A luz é versátil por natureza. Em outras palavras, mostra características diferentes ao viajar por diferentes tipos de materiais. Esta propriedade foi explorada com várias tecnologias, mas a maneira como a luz interage com os materiais precisa ser manipulada para obter o efeito desejado. Isso é feito usando dispositivos especiais chamados moduladores de luz, que têm a capacidade de modificar as propriedades da luz.

Uma dessas propriedades, chamado de efeito Pockels, é visto quando um campo elétrico é aplicado ao meio pelo qual a luz viaja. Normalmente, a luz se curva quando atinge qualquer meio, mas sob o efeito Pockels, o índice de refração do meio (uma medida de quanto a luz se curva) muda proporcionalmente ao campo elétrico aplicado. Este efeito tem aplicações em engenharia óptica, comunicação óptica, visores e sensores elétricos. Mas, exatamente como esse efeito ocorre em diferentes materiais não está claro, tornando difícil explorar totalmente seu potencial.

Em um estudo inovador publicado em OSA Continuum , uma equipe de cientistas liderada pelo Prof Eiji Tokunaga da Universidade de Ciência de Tóquio lançou luz sobre o mecanismo do efeito Pockels em um novo tipo de modulador de luz. Até recentemente, este efeito foi observado em apenas um tipo especial de cristal, que é caro e, portanto, difícil de usar. Doze anos atrás, O professor Tokunaga e sua equipe observaram esse efeito pela primeira vez na camada superior (também chamada de camada interfacial) da água quando ela está em contato com um eletrodo. O efeito não é observado no volume da água.

Embora o coeficiente de Pockels (uma medida do efeito de Pockels) fosse uma ordem de magnitude maior, um detector de alta sensibilidade foi necessário porque o efeito foi gerado apenas na fina camada interfacial. Adicionalmente, mesmo seu mecanismo não foi claramente compreendido, complicando ainda mais o processo. O professor Tokunaga e sua equipe queriam encontrar uma solução, e depois de muitas tentativas, eles finalmente conseguiram. Discutindo sua motivação para o estudo, O prof. Tokunaga diz:“É difícil medir o sinal eletro-óptico usando água como meio porque ocorre apenas em uma camada fina. queríamos encontrar uma maneira de extrair um grande sinal do meio que não exigisse medições de alta sensibilidade e fosse mais fácil de usar. "

Para fazer isso, os cientistas criaram uma configuração com um eletrodo transparente em uma superfície de vidro na água, e um campo elétrico foi aplicado a ele. A camada interfacial (também chamada de camada dupla elétrica, ou EDL) tem apenas alguns nanômetros de espessura e apresenta propriedades eletroquímicas diferentes do resto da água. É também a única parte da água onde o efeito Pockels pode ser observado sob um campo elétrico. Os cientistas usaram o conceito de reflexão total para criar um grande ângulo na interface entre a água e o eletrodo. Eles observaram que quando a luz viaja através do eletrodo e entra no EDL, mudanças no índice de refração de ambas as camadas podem modificar o sinal refletido.

Uma vez que o índice de refração no eletrodo transparente é maior do que para água e vidro (1,33 e 1,52, respectivamente), a quantidade de luz refletida em ambas as extremidades aumenta, causando assim um efeito Pockels mais aprimorado. Isso era importante porque um grande, um sinal mais aprimorado significaria que mesmo dispositivos de baixa sensibilidade poderiam ser usados ​​para medi-lo. Além disso, porque a configuração experimental não é complexa, consistindo em apenas um eletrodo transparente mergulhado em água contendo eletrólitos, este método é muito mais simples de usar. Para não mencionar, a água é um meio barato, resultando em um processo geral de baixo custo. Elaborando essas descobertas, O prof. Tokunaga diz:"Através da nossa técnica, observamos modulação de luz com uma mudança de intensidade máxima de 50 por cento proporcional à voltagem CA aplicada. "

Encorajado por essas observações, O professor Tokunaga e sua equipe queriam verificar esses resultados usando cálculos matemáticos. Eles ficaram surpresos ao descobrir que os cálculos teóricos combinavam com os resultados experimentais. Além disso, eles observaram que, teoricamente, uma modulação de intensidade de luz de 100 por cento poderia ser alcançada, o que foi empolgante porque confirmou suas descobertas. O prof. Tokunaga diz:"Os resultados foram surpreendentes, mas foi ainda mais surpreendente quando nossa análise teórica mostrou que eles podiam ser perfeitamente explicados pelo conhecimento óptico existente. Os resultados desta pesquisa não têm aplicabilidade apenas a elementos únicos de modulação de luz e sensores de interface usando água, mas o princípio de aprimoramento descoberto abre a possibilidade de usar qualquer interface que exista universalmente. "

Este novo método de modulação da luz serve como uma alternativa melhor aos existentes, especialmente devido a vantagens como baixo custo e detecção mais fácil. O professor Tokunaga e sua equipe acreditam que, ao descobrir novos mecanismos de modulação de luz, seu estudo abrirá portas para pesquisas mais avançadas neste campo. O prof. Tokunaga diz:"Nossa tecnologia de modulação de luz exclusiva é sem precedentes e tem muitas aplicações possíveis porque mostra uma maneira geral de extrair um grande sinal de Pockels de uma interface universalmente existente. Além disso, esperamos que nosso estudo dê origem a uma nova área de pesquisa em óptica, revolucionando assim o campo. "