Tecnologia Científica

A fibra óptica autolimpante pode ajudar no monitoramento do ambiente e no diagnóstico do câncer
Essa nova fibra óptica com feixe autolimpante pode ajudar no desenvolvimento de aplicações para, por exemplo, marcação de poluentes, diagnóstico de câncer, monitoramento ambiental e controle de alimentos.
Por Universidade de Tampere - 26/04/2022


A utilização de dois vidros com índice de refração diferente e empilhados com um arranjo específico permitiu aos pesquisadores desenvolver pela primeira vez uma fibra multimodal com índice de refração parabólico com transmissão até o infravermelho médio e alta não linearidade. O espectro de pulsos curtos de luz injetados na fibra se amplia massivamente para abranger do visível ao infravermelho médio. Significativamente, ao contrário das fibras multimodo convencionais, o feixe de luz permanece suave como resultado da dinâmica de autolimpeza induzida pelo índice de refração parabólico. Essa fonte de luz com espectro ultra-amplo, feixe suave e alta potência encontra aplicações em, por exemplo, sensoriamento ambiental ou imagem de alta resolução para diagnósticos médicos. Crédito: Universidade de Tampere

Pesquisadores da Universidade de Tampere desenvolveram com sucesso um novo design de fibra óptica que permite a geração de luz laser de arco-íris na região eletromagnética da impressão digital molecular. Essa nova fibra óptica com feixe autolimpante pode ajudar no desenvolvimento de aplicações para, por exemplo, marcação de poluentes, diagnóstico de câncer, monitoramento ambiental e controle de alimentos. A descoberta foi publicada na revista Nature Communications .

Quando um pulso de luz ultracurto de alta potência interage com um material como uma fibra óptica de vidro , ocorre uma série de interações altamente não lineares que causam mudanças complexas nas propriedades temporais e espectrais da luz injetada. Quando levadas ao extremo, tais interações podem levar à geração de um laser de arco-íris de luz comumente referido como uma fonte de luz supercontínua. Desde sua primeira demonstração em um tipo especial de fibra óptica em 2000, a luz laser supercontínua revolucionou muitas áreas da ciência, desde a metrologia e imagens em resolução sem precedentes até o sensoriamento remoto de banda ultralarga e até a detecção de exoplanetas.

O gargalo atual com fontes supercontínuas atuais, no entanto, é que elas são baseadas em fibras ópticas que suportam um único perfil ou modo de intensidade transversal, o que limita inerentemente sua potência óptica. Além disso, as fibras ópticas convencionais são feitas de vidro de sílica com transmissão limitada à região do espectro visível e infravermelho próximo. A extensão da luz supercontínua para outros regimes de comprimento de onda, como o infravermelho médio, requer fibras ópticas feitas dos chamados vidros macios, mas estes possuem um limiar de dano menor do que a sílica, limitando ainda mais a potência do feixe supercontínuo.

Fibra óptica sem sílica com feixe autolimpante

Recentemente, um tipo diferente de fibra óptica com um índice de refração que varia continuamente ao longo da estrutura da fibra mostrou um aumento dramático na potência supercontínua, enquanto ainda preserva um perfil de intensidade de feixe suave. "A variação do índice de refração dessas fibras ópticas de índice graduado leva ao foco e desfocagem periódicos da luz dentro da fibra que permite o acoplamento entre interações luz-matéria não lineares espaciais e temporais. Isso leva a um mecanismo de autolimpeza que produz luz supercontínua com alta potência e um perfil de feixe limpo. Além de suas muitas aplicações, eles também fornecem um meio de estudar os efeitos fundamentais da física, como a turbulência das ondas", diz o professor Goëry Genty, líder do grupo de pesquisa da Universidade de Tampere.

Embora essas fibras tenham atraído recentemente uma atenção significativa da comunidade de pesquisa, seu uso tem sido, até agora, restrito ao visível e ao infravermelho próximo. Em colaboração com o grupo dos Profs. Buczynski e Klimczak na Universidade de Varsóvia (Polônia) e o grupo do Prof. Dudley na Universidade da Borgonha França-Comté (França), a equipe de Tampere demonstrou pela primeira vez a geração de um supercontínuo de duas oitavas do visível ao infravermelho médio em uma fibra de índice graduado sem sílica com um feixe autolimpante.

"Este problema agora foi resolvido usando um projeto particular que utiliza dois tipos de hastes de vidro de chumbo-bismuto-galato com diferentes índices de refração desenhados para produzir um núcleo nanoestruturado. O resultado é uma fibra de índice graduado com um perfil de índice de refração parabólico efetivo com transmissão até o infravermelho médio e, como cereja no topo do bolo, interações não lineares luz-matéria aprimoradas", diz a pesquisadora Zahra Eslami.

Grande potencial em diagnóstico e monitoramento

O infravermelho médio é de interesse crucial, pois contém as transições vibracionais características de muitas moléculas importantes.

"A nova solução levará a fontes de luz supercontínuas mais eficientes no infravermelho médio com muitas aplicações potenciais, por exemplo, para marcação de poluentes, diagnóstico de câncer, visão de máquina, monitoramento ambiental, qualidade e controle de alimentos", explica Genty.

Os pesquisadores antecipam que este novo tipo de fibra muito em breve se tornará um material importante e padrão para a geração de fontes de banda larga e pentes de frequência.

 

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