Revisão Física X relatou recentemente sobre um novo ressonador óptico do Technion - Instituto de Tecnologia de Israel que é sem precedentes em aumento de ressonância. Desenvolvido pelo estudante de graduação Jacob Kher-Alden sob a supervisão do Professor Tal Carmon, o ressonador nascido em Technion tem recursos de quebra de recorde em aprimoramento de ressonância.

Um ressonador é um dispositivo que captura ondas e as realça ou ecoa refletindo-as de parede a parede em um processo denominado aprimoramento ressonante. Hoje, existem ressonadores complexos e sofisticados de vários tipos em todo o mundo, bem como ressonadores simples familiares a todos nós. Exemplos disso incluem a caixa ressonadora de uma guitarra, que realça o som produzido pelas cordas, ou o corpo de uma flauta, que realça o som criado na boquilha do instrumento.

O violão e a flauta são ressonadores acústicos nos quais o som reverbera entre as paredes do ressonador. Na física, também existem ressonadores ópticos, como em dispositivos a laser. Um ressonador é, na verdade, um dos dispositivos mais importantes da ótica:"É o transistor da ótica, "disse o Prof. Carmon.

De um modo geral, ressonadores precisam de pelo menos dois espelhos para multiplicar a luz refletida (assim como no salão de cabeleireiro). Mas eles também podem conter mais de dois espelhos. Por exemplo, três espelhos podem ser usados ​​para refletir a luz em uma forma triangular, quatro em um quadrado, e assim por diante. Também é possível colocar muitos espelhos em uma forma quase circular para que a luz circule. Quanto mais espelhos no ringue, quanto mais próxima a estrutura se torna de um círculo perfeito.

Mas este não é o fim da história, como o anel restringe o movimento da luz a um único plano. A solução é uma estrutura esférica, que permite que a luz gire em todos os planos que passam pelo centro do círculo, independentemente de sua inclinação. Em outras palavras, no espaço tridimensional.

No movimento da física para a engenharia, surge a questão de como produzir um ressonador o mais próximo possível de uma esfera que é limpa, suave, e dá o número máximo de rotações para ressonância ideal. É um desafio que envolveu muitos grupos de pesquisa e rendeu, entre outros, um pequeno ressonador de vidro em forma de esfera ou anel, que é segurado próximo a uma fibra óptica estreita. Um exemplo disso foi apresentado pelo Prof. Carmon há dois anos em Natureza .

Aqui, ainda havia espaço para melhorias, já que até mesmo a haste que está segurando a esfera cria uma distorção em sua forma esférica. Portanto, o desejo nasceu para produzir um ressonador flutuante - um ressonador não sustentado por nenhum objeto material.

O primeiro micro-ressonador do mundo foi demonstrado na década de 1970 por Arthur Ashkin, vencedor do Prêmio Nobel de Física 2018, que apresentou um ressonador flutuante. Apesar da conquista, a direção da pesquisa foi logo abandonada. Agora, inspirado pelo trabalho pioneiro de Ashkin, o novo ressonador flutuante exibe um aumento ressonante em 10, 000, 000 circulações de luz, em comparação com cerca de 300 circulações no ressonador de Ashkin.

O Ressonador Levitando

Em um ressonador feito de espelho que reflete 99,9999% da luz, a luz irá girar cerca de um milhão de rotações ou "viagens de ida e volta". De acordo com o Prof. Carmon, "Se pegarmos a luz que tem a potência de um watt, semelhante à luz do flash em um telefone celular, e permitimos que ele gire para frente e para trás entre esses espelhos, a potência da luz será amplificada para cerca de um milhão de watts - a potência é igual ao consumo de eletricidade de um grande bairro em Haifa, Israel. Podemos usar a saída de luz alta, por exemplo, para estimular várias interações luz-matéria na região entre os espelhos. "

Na verdade, um milhão de watts são compostos da mesma partícula de luz que viaja para a frente e para trás através da matéria, mas a matéria não "sabe" que é a mesma partícula de luz que se move repetidamente pela matéria, já que os fótons são indistinguíveis. Ele apenas "sente" o grande poder. Em um dispositivo desse tipo, também é importante que o milhão de watts passem por uma pequena área de seção transversal. De fato, o dispositivo desenvolvido por Kher-Alden conduz luz em 10 milhões de viagens circulares, em que a luz é focada em uma área de feixe 10, 000 vezes menor do que a área da seção transversal de um cabelo. Ao fazer isso, Kher-Alden alcançou um recorde mundial no aumento ressonante da luz.

O ressonador desenvolvido pelos pesquisadores do Technion é feito de uma pequena gota de óleo altamente transparente de cerca de 20 mícrons de diâmetro - um quarto da espessura de um fio de cabelo. Usando uma técnica chamada 'pinça óptica, 'a gota é mantida no ar usando luz. Essa técnica é usada para segurar a gota no ar sem suporte material - o que pode danificar sua forma esférica ou sujar a gota. De acordo com o Prof. Carmon, "Esta engenhosa invenção ótica, a pinça óptica, é muito usado nas ciências da vida, química, dispositivos de micro-fluxo e mais, e são precisamente os pesquisadores ópticos que dificilmente o usam - um pouco como o sapateiro que anda descalço. No presente estudo, mostramos que as pinças ópticas têm um potencial enorme no campo da engenharia óptica. É possível, por exemplo, para construir um circuito óptico usando várias pinças ópticas que mantêm muitos ressonadores e controlam a posição dos ressonadores e sua forma conforme necessário. "

As pequenas dimensões da gota também melhoram a integridade esférica, porque a gravidade dificilmente o distorce, uma vez que é marginal nessas dimensões em relação às forças de tensão superficial na interface do líquido, que lhe conferem uma forma esférica. No sistema único desenvolvido por pesquisadores do Technion, a gota de óleo é presa por um feixe de laser e recebe a luz de outra fibra, que também recebe a luz de volta depois de passar pelo ressonador.

Com base nas propriedades da luz que retorna à fibra, os pesquisadores podem saber o que aconteceu dentro da gota. Por exemplo, eles podem desligar a luz que entra no ressonador e examinar quanto tempo um fóton sobreviverá no ressonador antes de desaparecer. Com base nesses dados e na velocidade da luz, eles podem calcular o número de rotações que o fóton faz (em média) em uma gota. Os resultados mostram um recorde mundial em amplificação de luz:10, 000, 000 rotações que passam por uma área transversal de cerca de um mícron ao quadrado, aumentando a luz 10 milhões de vezes.