Medidores como trenas, metros, réguas, micrômetros e outros são úteis no dia a dia, mas em áreas que requerem alta precisão, como laboratórios de pesquisa e no trabalho com chips de computador, nada supera a régua de luz.
Também conhecidas como pentes de frequência ou micropentes, essas ferramentas de medição de precisão consistem em lasers especializados que emitem linhas de luz uniformemente espaçadas, semelhantes aos dentes de um pente ou às marcações de uma régua. Desde o início deste século, as réguas de luz têm revolucionado diversos tipos de medições, desde cronometragem até detecção molecular por espectroscopia.
Apesar de sua eficácia, os pentes de frequência têm sido limitados a ambientes laboratoriais devido ao uso de equipamentos volumosos, caros e com alto consumo de energia.
No entanto, uma solução alternativa está sendo desenvolvida por Hubert Stokowski e sua equipe da Universidade de Stanford, nos EUA. Eles integraram duas abordagens diferentes para miniaturizar pentes de frequência em uma plataforma simples e fácil de fabricar no estilo de um microchip.
As possíveis aplicações para essa tecnologia são diversas, incluindo dispositivos portáteis de diagnóstico médico e sensores de monitoramento de gases de efeito estufa, que poderiam ser instalados em qualquer lugar.
“Nosso novo micropente de frequência combina o melhor das tecnologias emergentes em um único dispositivo,” explicou Stokowski. “Podemos potencialmente dimensioná-lo para dispositivos compactos, de baixo consumo de energia e econômicos, que podem ser utilizados em diversas situações.”

O novo instrumento de medição combina duas estratégias para gerar uma ampla gama de frequências distintas, ou cores de luz, que formam um pente de frequências. Uma das estratégias, denominada oscilação paramétrica óptica, envolve a reflexão de feixes de luz laser dentro de um meio cristalino, onde a luz gerada se organiza em pulsos de ondas coerentes e estáveis. A segunda estratégia consiste em enviar a luz laser para uma cavidade e, em seguida, modular a fase da luz – obtida aplicando sinais de radiofrequência ao dispositivo – para, por fim, produzir repetições de frequência que funcionam como pulsos de luz.
Com tantos termos técnicos envolvidos, o nome dado à régua de luz portátil também não é simples: Oscilador Paramétrico Óptico Integrado Modulado em Frequência, ou FM-OPO (Integrated Frequency-Modulated Optical Parametric Oscillator).
Embora todas essas técnicas fossem conhecidas, eram pouco utilizadas devido à sua ineficiência energética, resultando em uma diminuição da intensidade das “marquinhas” do pente de frequências conforme se afastam do centro. A equipe resolveu esse problema substituindo o silício pelo niobato de lítio, um material altamente avançado utilizado em processadores fotônicos que operam com luz em vez de eletricidade.
O pente de frequências resultante produziu uma saída contínua em vez de pulsos de luz, o que permitiu aos pesquisadores reduzir drasticamente a potência de entrada necessária. Além disso, o dispositivo gerou um pente de frequências convenientemente “plano”, o que significa que as linhas do pente que estão mais distantes do centro do espectro não perdem intensidade, oferecendo assim maior precisão e utilidade em uma variedade mais ampla de aplicações de medição.

Com alguns aprimoramentos para possibilitar sua fabricação fora do ambiente laboratorial, o novo micropente está prestes a ser produzido em fundições convencionais de microchips, abrindo caminho para uma ampla gama de aplicações práticas. Estas incluem detecção, espectroscopia, diagnósticos médicos, comunicações por fibra óptica e dispositivos vestíveis para monitoramento de saúde.
“Nosso chip micropente pode ser integrado em praticamente qualquer coisa, com o tamanho do dispositivo dependendo do tamanho da bateria,” afirmou Stokowski. “A tecnologia que demonstramos tem o potencial de ser incorporada em dispositivos pessoais de baixo consumo de energia, tão pequenos quanto um telefone ou até menores, para atender a uma variedade de propósitos úteis.”
Com informações de Nature.
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