Engenheiros da USC tornam luz mais eficiente com nova tecnologia

Los Angeles — InkDesign News — Um grupo de pesquisadores do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação Ming Hsieh, na Universidade do Sul da Califórnia (USC), apresentou um avanço significativo na área de fotônica com a criação do primeiro dispositivo óptico baseado no conceito emergente de termodinâmica óptica. Os resultados, publicados na revista Nature Photonics, revelam uma nova forma de direcionar e controlar a luz em sistemas não-lineares, sem a necessidade de componentes externos ou comandos digitais.

O Contexto da Pesquisa

Historicamente, a roteirização de sinais em dispositivos ópticos demandava sistemas complexos de comutadores e controles eletrônicos, tornando o processo menos eficiente e mais lento em comparação com técnicas de outras áreas da engenharia. Enquanto válvulas e roteadores digitais direcionam líquidos e dados de forma controlada, o controle da luz sempre foi considerado mais desafiador. Esse cenário torna especialmente relevante a busca por alternativas naturais e auto-organizáveis, objetivo central da equipe da USC neste estudo.

Resultados e Metodologia

O estudo introduziu um dispositivo em que a luz encontra seu próprio caminho sem qualquer intervenção ativa. A metodologia do grupo baseou-se no conceito físico de termodinâmica, observando que, em sistemas ópticos não-lineares complexos, a luz comporta-se de forma análoga a gases em equilíbrio térmico, estabelecendo rotas preferenciais naturais. O experimento utilizou estruturas ópticas compostas por redes não-lineares que permitiram estudar como a luz se organiza espontaneamente por meio de fenômenos semelhantes à expansão e ao equilíbrio térmico.

“O que antes era visto como um desafio instransponível na ótica foi reformulado como um processo físico natural — um que pode redefinir a forma como engenheiros abordam o controle da luz e de outros sinais eletromagnéticos.”
(“What was once viewed as an intractable challenge in optics has been reframed as a natural physical process — one that may redefine how engineers approach the control of light and other electromagnetic signals.”)

— Demetrios Christodoulides, Professor de Engenharia Elétrica e de Computação, USC Viterbi

Segundo os autores, entre eles a doutoranda Hediyeh M. Dinani, a proposta oferece um novo arcabouço teórico que permite entender e utilizar a auto-organização da luz em aplicações práticas.

Implicações e Próximos Passos

A tecnologia desenvolvida tem potencial para transformar setores como comunicações ópticas, computação de alto desempenho e transferência segura de dados, ao permitir sinais ópticos autoorganizados e energeticamente eficientes. Empresas de ponta, como NVIDIA, já investigam alternativas ópticas para superar limitações atuais dos chips eletrônicos.

“Além da roteirização, essa estrutura pode permitir novas abordagens para gestão da luz, com impactos no processamento de informações, comunicações e exploração da física fundamental.”
(“Beyond routing, this framework could also enable entirely new approaches to light management, with implications for information processing, communications, and the exploration of fundamental physics.”)

— Hediyeh M. Dinani, PhD student, Optics and Photonics Group, USC Viterbi

Especialistas apontam que, ao domesticar a suposta “aleatoriedade” de sistemas ópticos não-lineares, a termodinâmica óptica pode inaugurar uma nova geração de dispositivos fotônicos mais simples e robustos.

No horizonte, os pesquisadores pretendem expandir as aplicações do conceito e explorar possíveis integrações com tecnologia industrial, apoiando futuras evoluções nos campos da comunicação óptica e da ciência dos materiais.

Fonte: (ScienceDaily – Ciência)