Dispositivos optomecánicos, que confinan simultáneamente las ondas de luz y las ondas mecánicas para permitir la interacción entre ellas, se puede utilizar para estudiar cuestiones fundamentales de la física y para detectar el movimiento de forma similar a los acelerómetros electromecánicos. En teléfonos inteligentes, Estos componentes electrónicos cambian la pantalla táctil entre vertical y horizontal cuando detectan la rotación del usuario.

Según los expertos en la materia, sin embargo, el uso de dispositivos optomecánicos para estudiar fenómenos cuánticos macroscópicos o para identificar movimientos muy sutiles requiere niveles de interacción extremadamente altos, o acoplamiento, entre ondas de luz y ondas mecánicas.

Un grupo de investigadores liderado por Thiago Pedro Mayer Alegre y Gustavo Silva Wiederhecker en el Instituto de Física Gleb Wataghin de la Universidad de Campinas (IF-UNICAMP) en el estado de São Paulo, Brasil, han desarrollado un dispositivo optomecánico con un diseño novedoso que impulsa el acoplamiento entre ondas de luz y ondas mecánicas a niveles más altos que los reportados para dispositivos similares desarrollados en el laboratorio. Su trabajo fue apoyado por la FAPESP.

El nuevo dispositivo optomecánico y una demostración experimental de su funcionamiento se describen en Óptica Express .

"La forma en que diseñamos el dispositivo permite aumentar los niveles de interacción entre las ondas de luz y las ondas mecánicas, "Dijo Alegre.

"Esto significa que el dispositivo tiene aplicaciones prácticas y nos ayuda en nuestra investigación básica al ayudarnos a responder ciertas preguntas, como lo que ocurre en la transición entre el mundo microscópico cuántico y el mundo macroscópico clásico ".

El dispositivo creado por los investigadores, basado en un disco de silicio de 24 micrones sostenido por un pedestal central de dióxido de silicio que permite que el disco vibre, tiene forma de diana con ranuras circulares concéntricas. Gracias a esta forma, Las ondas de luz y las ondas mecánicas pueden confinarse dentro del dispositivo mediante mecanismos separados. Las ondas de luz están confinadas solo en el borde del disco por reflexión interna total, un fenómeno óptico por el cual la luz dentro de un medio como el agua o el vidrio se refleja completamente desde las superficies circundantes (como la interfaz de aire) hacia el medio, siempre que el ángulo de incidencia sea mayor que cierto ángulo límite llamado ángulo crítico.

Por lo tanto, las ondas de luz se comprimen cerca del borde del disco y viajan alrededor de los anillos durante mucho tiempo, mientras que las vibraciones mecánicas pueden propagarse por todo el material. Sin embargo, los anillos concéntricos crean regiones de frecuencia en las que las ondas mecánicas no pueden propagarse, y están confinados al borde exterior del disco, donde interactúan directamente con las ondas de luz.

"Limitar las ondas de luz y las ondas mecánicas al borde del disco nos permite impulsar su interacción, que es útil para explorar fenómenos cuánticos en objetos macroscópicos, Alegre explicó.

En dispositivos desarrollados por otros grupos de investigación, las ranuras circulares concéntricas se utilizan para confinar las ondas de luz en la región central y no en el borde, como en el caso del dispositivo diseñado por los investigadores de IF-UNICAMP.

Como vibraciones ópticas, Las vibraciones mecánicas pueden entenderse como ondas, entonces el grupo de Alegre tuvo la idea de utilizar los anillos concéntricos para confinar las ondas mecánicas en el borde del dispositivo y hacerlas interactuar más intensamente con las ondas de luz en la misma región. "El objetivo de desarrollar el disco con este diseño de diana era evitar que el modo mecánico 'viera' el pedestal central que soporta el disco y permitir que toda la estructura vibre, eliminando pérdidas mecánicas, " él dijo.

El dispositivo es altamente personalizable, él agregó, y compatible con los procesos de fabricación industrial existentes, convirtiéndolo en una solución para la mejora de sensores que detectan fuerza y ​​movimiento, por ejemplo. Una de sus aplicaciones potenciales es en telecomunicaciones como modulador óptico, Alegre explicó. Debido a que el dispositivo puede detectar y excitar vibraciones mecánicas, podría usarse como interruptor óptico, controlando un rayo láser que lo atraviesa de manera mucho más eficiente que las tecnologías de modulación que se utilizan hoy en día en las redes ópticas de telecomunicaciones.

"Fue fabricado según los procesos industriales actuales, para que cualquier grupo del mundo pueda reproducirlo, " él dijo.