Tecnologia Científica

O revestimento de silício simples resolve o desafio óptico de longa data
Este problema de dispersão cromática tem atormentado pesquisadores ópticos por décadas. Hoje, a maioria das soluções envolve componentes adicionais que aumentam o tamanho e o volume dos dispositivos ópticos.
Por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences - 11/11/2021


Imagem do microscópio eletrônico de varredura do compressor com diâmetro de nanopilar de 158 nm. Crédito: Harvard SEAS

Raios rápidos de luz laser, durando menos de um trilionésimo de segundo, são usados ​​em uma variedade de aplicações hoje. Esses pulsos de laser ultracurtos permitiram aos cientistas observar reações químicas em tempo real, criar imagens de amostras biológicas delicadas, construir nanoestruturas precisas e enviar comunicações ópticas de longa distância com alta taxa de bits.

Mas qualquer aplicação de pulsos de laser ultracurtos no espectro visível deve superar uma dificuldade fundamental - a luz vermelha viaja mais rápido do que a luz azul através de materiais transparentes como o vidro. Portanto, quando um pulso de laser ultracurto passa por uma lente de vidro, os comprimentos de onda compactos da luz se separam, destruindo a utilidade do feixe.

Este problema de dispersão cromática tem atormentado pesquisadores ópticos por décadas. Hoje, a maioria das soluções envolve componentes adicionais que aumentam o tamanho e o volume dos dispositivos ópticos.

Agora, pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson desenvolveram um revestimento de silicone que, quando aplicado à superfície de uma lente de vidro , pode neutralizar os efeitos da dispersão.

A pesquisa foi publicada na Nature Communications .

"Nossa abordagem flexível pode ser rapidamente implementada em óptica convencional e configurações ópticas e ser adaptada a diferentes regiões espectrais e aplicações", disse Federico Capasso, Professor de Física Aplicada Robert Wallace e Vinton Hayes Pesquisador Sênior em Engenharia Elétrica na SEAS e autor sênior do estudo.

O revestimento ultrafino usa pilares de silício projetados com precisão que capturam e retêm a luz vermelha brevemente antes de reemitê-la. Esta retenção temporária permite que a luz azul que se move mais lentamente seja alcançada.

"Nosso revestimento neutraliza os efeitos dispersivos de materiais transparentes, agindo como um redutor de velocidade para a luz vermelha e calculando a média da velocidade de cada comprimento de onda da luz", disse Marcus Ossiander, pesquisador de pós-doutorado da SEAS e primeiro autor do artigo.

Os pesquisadores testaram o revestimento encurtando os pulsos de laser para apenas alguns quatrilionésimos de segundo. O revestimento nanopilar de silício foi feito usando as mesmas ferramentas de litografia comerciais dos semicondutores industriais, tornando mais fácil aplicar rapidamente esses revestimentos aos componentes ópticos existentes e expandir a aplicabilidade dos pulsos de laser de femtossegundo.

"Agora, qualquer pessoa pode comprar uma lente, colocar o revestimento e usar a lente sem se preocupar com a dispersão", disse Ossiander. "Esta abordagem pode ser a base para uma série de ópticas anti ou não dispersivas."

 

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