O que os lasers e as fibras óticas têm em comum?

A resposta é “leve!” Mas espere, não pare de ler ainda. Temos mais perguntas para si. Qual é a ciência que estuda a luz e as suas aplicações? De que é composta a luz? O que significa a palavra laser? O que é uma fibra ótica? E - Por que eu deveria me preocupar com isso?

Tendo formação em engenharia química, só quando comecei um projeto em física é que fiquei fascinado pela ciência da luz. O projeto consistiu no estudo de um sensor de fibra ótica para monitorar o processo de vinificação. A luz foi usada para ver a evolução do vinho sem colher uma amostra de vinho ou fazer análises laboratoriais demoradas. Isto foi muito importante porque o processo em análise teve um impacto significativo no produto final. As fibras óticas utilizadas ofereciam uma solução fácil e de baixo custo que exigia manuseio não qualificado; superando assim as dificuldades existentes e melhorando o tempo de análise. Desde então, tenho ficado muito fascinada pelas incríveis possibilidades que a luz oferece, em particular pela quantidade de questões que a luz pode resolver, por isso decidi ir para o estrangeiro e fazer um doutoramento na área.

A transição entre áreas de estudo nem sempre é fácil. No entanto, aprendi com base em conhecimentos anteriores e foi útil ter experiência interdisciplinar. Aqui, respondi a 5 questões principais sobre a ciência da luz.

Qual é o nome científico da ciência da luz?

Fotónica é a ciência da luz. É a tecnologia de geração, controlo e deteção de ondas de luz. Também é comum dizer Ótica e Fotónica. Alguns autores defendem que nesta expressão fica explícita a dupla natureza da luz: como onda em propagação e como partícula (fóton). Ótica e Fotónica são campos especializados da física e da engenharia.

De que é composta a luz?

As ondas de luz são compostas de fótons, que são as partículas da luz. As cores que vemos são apenas uma pequena parte de toda a faixa de ondas de luz, onde cada cor possui uma faixa de comprimento de onda específica. A fotónica trabalha com uma gama mais ampla de comprimentos de onda, incluindo comprimentos de onda infravermelho e ultravioleta. Todo o espectro eletromagnético abrange raios gama, raios X, ultravioleta, visível, infravermelho, microondas e comprimentos de onda de rádio.

O que significa laser?

Laser é a sigla para Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação. A luz laser é uma forma de radiação eletromagnética e está relacionada à emissão de energia associada à transição de um elétron, de um nível de energia superior para um inferior, dentro de um átomo. Isso acontece quando o átomo absorve um fóton, ficando excitado para um estado superior. Quando o átomo excitado é estimulado por um fóton, liberta outro fóton ao passar para um estado inferior, resultando em emissão estimulada. Os fótons incidentes e emitidos possuem as mesmas características e estão em fase, resultando em luz coerente (um grupo de fótons atua como uma única unidade), com a mesma direção, frequência e estado de polarização.

O que é fibra ótica?

Existem muitos tipos de fibras óticas, sendo uma descrição simples um guia de ondas cilíndrico que consiste num núcleo central no qual a luz é guiada, rodeado por um revestimento exterior. Podem ser confecionados em vidro ou material polimérico. Existem também os sensores de fibra ótica que podem ser classificados dependendo da localização do sensor (intrínseco ou extrínseco), princípio de funcionamento (intensidade de fase, frequência ou polarização) e aplicação (física, química ou bioquímica).

Por que eu deveria preocupar-me com isso?

Porque a luz já está a ser amplamente utilizada na nossa vida quotidiana e o número de aplicações está a crescer rapidamente.

A luz laser, por exemplo, pode ser encontrada em scanners de supermercados, CD players, ponteiros laser, dispositivos médicos, biociências, eletrónica, aplicações industriais de alta potência média (para corte, soldagem ou endurecimento), comunicações e astronomia. Tem sido usado para estudar gases na atmosfera da Terra e em instrumentos que mapeiam as superfícies dos planetas.

A fibra ótica revolucionou as comunicações, permitindo ligações à Internet mais rápidas devido à enorme largura de banda quando comparada com os sistemas de cabos metálicos. Outras vantagens principais são tamanho pequeno, baixo peso, isolamento elétrico, imunidade a interferências e crosstalk, segurança de sinal, baixa perda de transmissão, robustez e flexibilidade, confiabilidade do sistema, facilidade de manutenção e potencial baixo custo.

Finalmente, a luz também está a ser aplicada em deteção de precisão, imagem e metrologia. A deteção de precisão está a ser realizada cada vez mais com medições baseadas em ótica. Sensores de fibra ótica têm sido aplicados à medição e monitoramento de deformação, temperatura, deslocamento, flexão ou torção, vibração, aceleração, rotação, corrente/tensão e deteção química. As vantagens dos sensores de fibra ótica sobre os sensores eletrónicos convencionais são: imunidade a interferências eletromagnéticas, alta sensibilidade, compacidade, peso leve, incapacidade de conduzir corrente, grande largura de banda, robustez/resistência a ambientes agressivos e possível uso in-situ ou distribuição. com capacidade de sensoriamento remoto.

É incrível o que podemos fazer com a luz e as suas propriedades. A fotónica é uma tecnologia com um futuro “brilhante”, então não se surpreenda se essa palavra aparecer cada vez com mais frequência.

Sobre a autora

A Catarina Novo licenciou-se em Engenharia Química pela Universidade de Aveiro (Portugal) e a investigação tem sido uma paixão desde então. Mora em Edimburgo desde 2014, atualmente é cientista doutorada em Física na Heriot-Watt University, trabalhando em sensores microestruturados de fibra ótica. A Catarina adora envolver-se com divulgação científica e está na Native Scientists desde 2015. Gosta de longas caminhadas na praia, de viajar, de compartilhar uma boa refeição com amigos e familiares e de dançar.