Tecnologias modernas como computação óptica, fotônica integrada e holografia digital requerem manipulação flexível de sinais de luz no espaço tridimensional. Nesse processo, moldar e orientar o fluxo de luz de acordo com a aplicação desejada é crucial.
Como o fluxo de luz dentro de um meio é controlado por seu índice de refração, a manipulação específica do índice de refração é necessária para controlar os caminhos ópticos dentro do meio. Para conseguir isso, os cientistas desenvolveram os chamados “elementos de volume fotônico aperiódico” (APVEs), que são voxels em microescala com índices de refração específicos colocados em posições predeterminadas para guiar o fluxo de luz de maneira controlada. No entanto, esculpir esses elementos requer alta precisão, e a maioria dos materiais de modelagem de luz é limitada a configurações 2D ou, em última análise, resulta em perfis de feixe de saída reduzidos.
Recentemente, um estudo publicado na revista fotônica “APNexus” apresentou um método simples para produzir APVEs de alta precisão e demonstrou seu uso em uma variedade de aplicações. A pesquisa foi conduzida por Alexander Jesacher, da Universidade de Medicina de Innsbruck, na Áustria, e supera as limitações de modelagem de luz mencionadas anteriormente.
O método usa uma técnica chamada “escrita direta a laser” (DLW), que é uma tecnologia de laser de alta velocidade que organiza voxels com índices de refração específicos em três dimensões dentro do vidro de borosilicato para guiar com precisão a luz para várias aplicações.
Segundo relatos, os pesquisadores projetaram um algoritmo que estimula a luz que passa pelo meio para determinar a posição ideal dos voxels para obter a precisão necessária. Com base nisso, eles conseguiram gerar de 154,000 a 308,000 voxels em 20 minutos, com cada voxel tendo um volume de aproximadamente 1.75 μm × 7.5 μm × 10 μm. Além disso, eles usaram o controle dinâmico de frente de onda para compensar qualquer aberração esférica (distorção do perfil do feixe) do laser focado no substrato durante o processo. Isso garantiu a consistência do perfil de cada voxel em todas as profundidades do meio.
A equipe desenvolveu três tipos de APVEs para demonstrar a aplicabilidade do método: um modelador de intensidade para controlar a distribuição de intensidade do feixe de entrada, um multiplexador RGB para controlar a transmissão dos espectros vermelho, verde e azul no feixe de entrada e um Classificador de modo Hermite-Gaussiano (HG) para melhorar a velocidade de transmissão de dados.
A equipe usou o modelador de intensidade para converter um feixe gaussiano em uma distribuição de luz em forma de arco sorridente em microescala, depois usou o multiplexador para representar diferentes partes da distribuição em forma de arco sorridente em cores diferentes e, finalmente, usou o classificador de modo HG para converter múltiplas Modos gaussianos transmitidos por fibras ópticas para modos HG. Em todos os casos, o dispositivo foi capaz de transmitir o sinal de entrada sem perda significativa e atingir uma eficiência de difração recorde de até 80%, estabelecendo uma nova referência para APVEs.
Este novo método abre as portas para uma plataforma ideal de baixo custo para prototipagem rápida de dispositivos de modelagem de luz 3D altamente integrados. Além de sua simplicidade, baixo custo e alta precisão, este método também pode ser estendido para outros substratos, incluindo materiais não lineares. Sua flexibilidade o torna adequado para projetar uma ampla gama de dispositivos 3D para uso em campos como transmissão de informações, computação óptica, imagem de fibra multimodo, fotônica não linear e óptica quântica.
Retirado de ofweek.com
