Mecanismo de quebra de simetria de modo para melhorar o comportamento de captura óptica. Crédito:Yuanhao Lou, Xiongjie Ning, Bei Wu, Yuanjie Pang
As pinças ópticas usam a luz para imobilizar partículas microscópicas tão pequenas quanto um único átomo no espaço 3D. O princípio básico por trás das pinças ópticas é a transferência de momento entre a luz e o objeto que está sendo segurado. Análoga à água empurrando uma barragem que bloqueia o fluxo, a luz empurra e atrai objetos que fazem a luz se curvar. Essa chamada força óptica pode ser projetada para apontar para um determinado ponto no espaço, onde uma partícula será mantida. De fato, a técnica de captura óptica até agora ganhou dois prêmios Nobel, um em 1997 por reter e resfriar átomos únicos, um segundo em 2018 por oferecer aos biólogos uma ferramenta para estudar biomoléculas únicas, como DNA e proteínas.
Pesquisadores liderados pelo professor Yuanjie Pang da Huazhong University of Science and Technology (HUST), na China, estão interessados no uso de pinças de fibra óptica, onde a luz e as partículas são manipuladas na ponta de uma fibra óptica. Esta técnica elimina a necessidade de acessórios ópticos convencionais, volumosos, como microscópios, lentes e espelhos. A ideia deles é começar com um modo de luz simétrico perfeitamente anular que só pode ser transmitido na fibra óptica e não vazará para o espaço circundante através da ponta da fibra, e ter uma partícula para quebrar a simetria do modo e, assim, espalhar a luz no espaço . Dessa forma, alterando a simetria e o momento da luz, a partícula recebe uma força reativa que a mantém na ponta da fibra.
Os pesquisadores prevêem aplicações potenciais, como realizar um experimento in vivo de manipulação de biopartículas únicas usando as pinças de fibra óptica como um endoscópio no interior de um animal vivo. O trabalho intitulado "Optical trapping using transverse eletromagnética (TEM)-like mode in a coaxial nanowaveguide" (publicado em 6 de dezembro de 2021) foi destaque na capa da
Frontiers of Optoelectronics .