Quase todas as comunicações modernas dependem das ondas guiadas de fibras ópticas para conduzir uma enorme quantidade de informações aproximadamente à velocidade da luz. Os grandes data centers, que são os hubs centrais para esse oceano de informações, contam com circuitos integrados fotônicos. Esta é outra forma de ondas de luz guiadas. mas dentro de um chip de silício, bem como os chips dos circuitos elétricos.
As ondas guiadas têm atraído grande atenção nas últimas décadas, estimulando o desenvolvimento de diversos métodos de geração e detecção. Essas ondas guiadas não se irradiam para fora de sua estrutura hospedeira, mas ainda assim deixam uma marca no ar – uma onda de deterioração rápida chamada onda evanescente.
Essas ondas não podem ser captadas com métodos de microscopia padrão, uma vez que sua energia permanece ligada à superfície e não pode ser vista pelo detector de microscópio. Por causa disso, tecnologias designadas foram desenvolvidas para detectar essas ondas, usando uma pequena agulha se aproximando da superfície, espalhando a energia eletromagnética em sua vizinhança ou disparando elétrons na superfície e caracterizando seu espectro posteriormente. Embora esses dois esquemas forneçam uma resolução espacial excelente, eles requerem uma infraestrutura complexa e designada, bem como longos tempos de aquisição, que atualmente os impedem de obter imagens das ondas guiadas em tempo real.
Em um artigo publicado na prestigiosa revista científica Nature Photonics sob o título “Imagens em tempo real de sub-comprimento de onda de ondas de superfície com microscopia óptica de campo próximo não linear”, pesquisadores do Instituto de Tecnologia Technion-Israel em Haifa apresentam uma nova abordagem para imagens ondas evanescentes que permitem, entre outras coisas, enfrentar este desafio com a ajuda da “mistura de ondas não lineares”.
Isso se refere a uma combinação de dois ou mais feixes de luz que geram uma nova onda eletromagnética de uma cor diferente. O fenômeno, que exige que pelo menos um dos feixes de luz seja muito intenso, ocorre na maioria dos semicondutores, dielétricos e metais. Os pesquisadores do Technion misturaram um amplo e intenso feixe de luz pulsada com ondas evanescentes que atravessam a superfície, gerando uma nova onda de luz que pode ser posteriormente detectada por meios regulares. Ao fazer isso, eles foram capazes de reconstruir totalmente o campo eletromagnético das ondas evanescentes e demonstraram monitoramento em tempo real das mudanças no padrão de onda.
“A ideia de superar esse desafio surgiu quando eu estava trabalhando em um projeto diferente”, disse Kobi Frischwasser, o principal autor do artigo. “Eu estava explorando maneiras de acoplar luz não linear em modos ópticos confinados, quando percebi que também poderia funcionar ao contrário – a informação em tais modos pode ser acoplada de forma não linear. Nunca imaginei que esse novo esquema de microscopia pudesse abrir novas e, até agora, inatingíveis oportunidades para a ciência de campo próximo.”
“Além de materiais a granel, a mistura de ondas não lineares ocorre naturalmente em qualquer interface entre dois materiais, tornando-a uma plataforma ideal para nanofotônica – que muitas vezes lida com luz em interfaces”, acrescentou o Prof. Guy Bartal da Faculdade de Engenharia Elétrica de Viterbi, que liderou o projeto. “Abaixo de algum limite espacial, a informação fica presa à superfície e não pode ser vista por nenhuma câmera. Nossa técnica “libera” essas informações em radiação que pode ser detectada – mesmo com uma câmera comercial.”
O novo esquema, denominado Microscopia Óptica de Campo Próximo Não Linear (NNOM), não requer nada além de uma poderosa fonte de laser comercial e componentes ópticos e detectores padrão. De acordo com os pesquisadores, isso o torna não apenas acessível – mas também acessível. “Você não precisa mais de ferramentas caras e complicadas”, declarou Bartal. “Para muitas aplicações, tudo o que você realmente precisa é o que você já tem em seu laboratório de óptica.”
“Ainda nem começamos a explorar os limites desse esquema e de suas aplicações”, concluiu Frischwasser, “Isso pode muito bem nos ajudar a desenvolver métodos melhores de verificação para circuitos fotônicos. Estamos muito entusiasmados com o futuro e esperamos que muitos grupos ao redor do mundo se juntem a nós em nossa busca.”
Publicado em 12/04/2021 17h51
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