p (PhysOrg.com) - Em um novo estudo, os cientistas demonstraram que simplesmente adaptar os parâmetros geométricos em nanoescala das estruturas dielétricas pode resultar em um aumento na intensidade da luz para níveis sem precedentes. Teoricamente, eles calculam que a intensidade da luz pode ser aumentada para até 100, 000 vezes a intensidade do incidente em grandes volumes. Este grande aprimoramento de luz pode levar a novos desenvolvimentos em aplicações de comutação totalmente ótica e biossensor. p Os pesquisadores, Rebecca Sainidou do Conselho Nacional de Pesquisa da Espanha (CSIC), Jan Renger do Instituto de Ciências Fotônicas (ICFO), e co-autores de vários institutos na Espanha, publicaram seu estudo sobre o novo método para intensificação de luz dielétrica em uma edição recente da Nano Letras .

p Como os cientistas explicam, um dos maiores problemas dos dispositivos nanofotônicos feitos de metal é que os metais nesses dispositivos absorvem alguma luz, limitar a intensidade geral da luz. Aqui, os pesquisadores propuseram o uso de estruturas dielétricas em vez de metálicas, e descreveu três arranjos diferentes para alcançar um grande aumento de luz:guias de ondas dielétricas, arranjos de partículas dielétricas, e um híbrido dessas duas estruturas. Em cada um dos três arranjos propostos, os pesquisadores mostram que, suprimindo as perdas de absorção, a energia da luz pode ser acumulada em cavidades ressonantes para criar campos ópticos extremamente intensos.

p “Estruturas metálicas podem produzir um nível semelhante de realce por meio de excitação plasmônica localizada, mas apenas em volumes limitados com alguns nanômetros de diâmetro, ”Disse o co-autor Javier García de Abajo do CSIC PhysOrg.com . “Em contraste, nosso trabalho envolve uma grande melhoria em grandes volumes, assim, fazendo o uso ideal da energia de luz fornecida para aplicações de biossensor estendidas e óptica não linear. Em estruturas metálicas, a absorção pode ser um problema devido ao potencial de dano ao material e porque reduz a energia óptica disponível na região de realce. Este tipo de problema está ausente em nossas estruturas dielétricas.

p “Pode-se obter um grande aumento de intensidade de luz simplesmente acumulando-o de muitas fontes (por exemplo, colocando as extremidades de muitas fibras ópticas perto de um ponto comum no espaço, ou pela coleta de luz proveniente de muitos espelhos de grande escala). Mas isso parece desperdiçar muita energia óptica apenas para ter um efeito de aprimoramento em uma pequena região do espaço. Contudo, isso é essencialmente o que as estruturas metálicas fazem para concentrar a luz nos chamados pontos quentes ópticos usando plasmons. Em contraste, nossas estruturas não concentram a luz em espaços minúsculos:elas a amplificam em grandes volumes, e isso tem aplicações importantes. Esta amplificação é feita através do uso de ondas ópticas evanescentes e amplificadoras, que não transportam energia, mas pode acumulá-lo. ”

p Embora teoricamente não haja limite superior para o aumento de intensidade que essas estruturas podem alcançar, imperfeições de fabricação limitam o aprimoramento a cerca de 100, 000 vezes a intensidade da luz incidente. Em uma demonstração de prova de princípio do arranjo de guia de onda dielétrico, os pesquisadores mostraram um aumento da intensidade da luz de um fator de 100. Os pesquisadores preveem que esse aumento moderado deve ser facilmente melhorado, reduzindo a rugosidade da interface por meio de uma fabricação mais cuidadosa, e atualmente estão trabalhando em experimentos para demonstrar um aumento maior de luz.

p Como explicam os pesquisadores, parte do "santo graal" de projetar nanodispositivos para aplicações ópticas é a capacidade de controlar o aumento da luz, bem como confinamento de luz e orientação de luz de sub comprimento de onda. Ao demonstrar a possibilidade de atingir uma intensidade de luz extremamente grande em grandes volumes, os pesquisadores abriram novas possibilidades em muitas aplicações nanofotônicas. Por exemplo, componentes nanofotônicos já foram usados ​​para produzir magnetismo artificial, refração negativa, camuflagem, e para biossensorio.

p “Certas moléculas são produzidas em nossos corpos preferencialmente quando sofremos algumas doenças (por exemplo, tumores, infecções, etc.), ”Disse García de Abajo. “A detecção dessas moléculas às vezes pode ser uma tarefa difícil, porque eles raramente são encontrados em concentrações mínimas. Uma maneira prática de detectar essas moléculas, e, assim, desvendando a doença potencial a que estão associados, é iluminando-os e vendo como eles espalham ou absorvem a luz (por exemplo, como a luz de cores diferentes é absorvida por essas moléculas ou como elas mudam a cor da luz). Portanto, é importante amplificar o sinal óptico que essas moléculas produzem, para que possamos ter acesso a eles mesmo que estejam em concentrações muito baixas. Nossas estruturas fazem exatamente isso:amplificam a luz em grandes volumes, de modo que, se as moléculas a serem detectadas forem colocadas dentro desses volumes, eles irão produzir mais facilmente o sinal óptico observado (absorção, mudança de cor, etc.). Esta é, portanto, uma maneira prática de detectar doenças como o câncer.

p “Em uma direção diferente, a amplificação de luz é útil para produzir uma resposta não linear à luz externa, e isso pode ser aplicado diretamente para processar informações codificadas como sinais ópticos. Esta é uma meta ambiciosa necessária para fabricar computadores ópticos. Esses computadores ainda estão longe de ser alcançáveis, mas espera-se que produzam um tremendo aumento na velocidade de computação e comunicação. Nossas estruturas fornecem uma maneira inovadora de usar a luz em dispositivos para processamento de informações. ” p Copyright 2010 PhysOrg.com.
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