Esta fibra óptica deveria pagar royalties a Einstein

Redação do Site Inovação Tecnológica

Quando uma fibra de cristal fotônico é torcida, ela dispensa um núcleo com um índice refrativo diferente para aprisionar a luz em seu centro.[Imagem: MPI for the Science of Light]

Fibra óptica de cristal fotônico

Pesquisadores do Instituto Max Planck, na Alemanha, descobriram um novo mecanismo para guiar a luz ao longo de uma fibra especial, conhecida como fibra óptica de cristal fotônico (PCF, na sigla em inglês: Photonic Crystal Fiber).

Ao contrário das fibras comuns, que têm um núcleo de vidro ou quartzo, a PCF é uma fibra fina como um fio de cabelo contendo um conjunto regular de canais ocos correndo ao longo do seu comprimento.

Quando esses canais são torcidos helicoidalmente, assumindo uma forma de parafuso, esse conjunto de canais espiralados atua sobre a luz de uma maneira análoga à forma como os raios de luz são curvados quando viajam através do espaço gravitacionalmente curvo em torno de uma estrela, como descrito pela Teoria Geral da Relatividade de Einstein.

Luz que se contorce

As fibras ópticas funcionam como tubos para a luz. E, assim como o espaço de um tubo é criado por sua parede externa, as fibras ópticas têm um núcleo cujo vidro tem um índice de refração maior do que o vidro do revestimento externo. A diferença no índice de refração faz com que a luz seja refletida na interface com o revestimento, ficando aprisionada no núcleo da fibra, assim como a água fica presa pelas paredes do tubo.

Mas a fibra de cristal fotônico não tem núcleo, tem canais ocos - se você cortá-la, verá uma seção parecida com uma peneira. Com a torção da fibra em espiral, seria de se esperar que a luz a ser transmitida, que vem de um único laser, se distribuísse entre os orifícios dessa peneira de forma totalmente uniforme.

Em vez disso, o que ocorreu foi surpreendente: a luz fica concentrada na região central de cada canal oco, onde estaria localizado o núcleo de uma fibra óptica convencional.

Fibra óptica relativística

O efeito é análogo à curvatura do espaço na Teoria Geral da Relatividade de Einstein, que prevê que um corpo massivo, como uma estrela, distorce o espaço que a rodeia - ou, mais precisamente, distorce o espaço-tempo, ou seja, a combinação das três dimensões espaciais com a quarta dimensão, o tempo, de forma parecida como uma folha de borracha é curvada por uma esfera de chumbo.

A luz segue esta curvatura, de forma que o caminho mais curto entre dois pontos não é mais uma linha reta, mas uma curva. É por isso que, durante um eclipse solar, por exemplo, as estrelas que deveriam ficar escondidas atrás do Sol tornam-se visíveis. Os físicos chamam esses caminhos de conexão mais curtos de "geodésicas".

"Ao torcer a fibra, o 'espaço' em nossa fibra de cristal fotônico torna-se torcido também," explica o professor Gordon Wong. Isso cria linhas geodésicas helicoidais ao longo das quais a luz viaja. Quanto mais a fibra é torcida, mais estreito é o espaço dentro do qual a luz fica concentrada. Em uma analogia com a teoria de Einstein, isso corresponde a uma força gravitacional mais forte e, portanto, a uma maior deflexão da luz.

Sensor ambiental

Embora destaquem que se trata de uma pesquisa fundamental, a equipe já conseguiu pensar em algumas aplicações para sua descoberta.

Uma fibra torcida que seja menos torcida em certos intervalos, por exemplo, permitirá que uma porção da luz escape para o exterior. Essa luz poderia então interagir com o ambiente nestes locais definidos. Uma rede dessas fibras poderia coletar dados em grandes áreas como um sensor ambiental.

Bibliografia:

Twist-induced guidance in coreless photonic crystal fiber: A helical channel for light
Ramin Beravat, Gordon K. L. Wong, Michael H. Frosz, Xiaoming Xi, Philip St. J. Russell
Science Advances
DOI: 10.1126/sciadv.1601421