Dispositivi optomeccanici, che confinano simultaneamente le onde luminose e le onde meccaniche per consentire l'interazione tra loro, può essere utilizzato per studiare questioni fondamentali in fisica e per rilevare il movimento in modo simile agli accelerometri elettromeccanici. Negli smartphone, questi componenti elettronici commutano il touchscreen da verticale a orizzontale quando rilevano la rotazione da parte dell'utente.

Secondo gli esperti del settore, però, l'uso di dispositivi optomeccanici per studiare fenomeni quantistici macroscopici o per identificare movimenti molto sottili richiede livelli di interazione estremamente elevati, o accoppiamento, tra onde luminose e onde meccaniche.

Un gruppo di ricercatori guidati da Thiago Pedro Mayer Alegre e Gustavo Silva Wiederhecker presso l'Istituto di fisica Gleb Wataghin dell'Università di Campinas (IF-UNICAMP) nello Stato di San Paolo, Brasile, hanno sviluppato un dispositivo optomeccanico con un nuovo design che aumenta l'accoppiamento tra onde luminose e onde meccaniche a livelli superiori a quelli riportati per dispositivi simili sviluppati in laboratorio. Il loro lavoro è stato sostenuto da FAPESP.

Il nuovo dispositivo optomeccanico e una dimostrazione sperimentale del suo funzionamento sono descritti in Ottica Express .

"Il modo in cui abbiamo progettato il dispositivo consente di aumentare i livelli di interazione tra onde luminose e onde meccaniche, " ha detto Alegre.

"Ciò significa che il dispositivo ha applicazioni pratiche e ci assiste nella nostra ricerca di base aiutandoci a rispondere a determinate domande, come quello che accade nella transizione tra il mondo microscopico quantistico e il mondo macroscopico classico".

Il dispositivo creato dai ricercatori, basato su un disco di silicio da 24 micron supportato da un piedistallo centrale in biossido di silicio che consente al disco di vibrare, ha una forma a occhio di bue con scanalature circolari concentriche. Grazie a questa forma, le onde luminose e le onde meccaniche possono essere confinate all'interno del dispositivo mediante meccanismi separati. Le onde luminose sono confinate solo al bordo del disco per riflessione interna totale, un fenomeno ottico per cui la luce all'interno di un mezzo come l'acqua o il vetro viene completamente riflessa dalle superfici circostanti (come l'interfaccia con l'aria) nel mezzo, purché l'angolo di incidenza sia maggiore di un certo angolo limite chiamato angolo critico.

Le onde luminose vengono quindi compresse vicino al bordo del disco e viaggiano a lungo intorno agli anelli, mentre le vibrazioni meccaniche possono propagarsi in tutto il materiale. Però, gli anelli concentrici creano regioni di frequenza in cui le onde meccaniche non possono propagarsi, e sono confinati al bordo esterno del disco, dove interagiscono direttamente con le onde luminose.

"Confinare le onde luminose e le onde meccaniche sul bordo del disco ci consente di aumentare la loro interazione, utile per esplorare i fenomeni quantistici negli oggetti macroscopici, "Ha spiegato Alegre.

Nei dispositivi sviluppati da altri gruppi di ricerca, le scanalature circolari concentriche servono a confinare le onde luminose nella regione centrale e non ai bordi, come nel caso del dispositivo progettato dai ricercatori di IF-UNICAMP.

Come le vibrazioni ottiche, le vibrazioni meccaniche possono essere intese come onde, così il gruppo di Alegre ha avuto l'idea di utilizzare gli anelli concentrici per confinare le onde meccaniche sul bordo del dispositivo e farle interagire più intensamente con le onde luminose nella stessa regione. "Lo scopo dello sviluppo del disco con questo design bullseye era impedire alla modalità meccanica di "vedere" il piedistallo centrale che supporta il disco e consentire all'intera struttura di vibrare, eliminando perdite meccaniche, " Egli ha detto.

Il dispositivo è altamente personalizzabile, Ha aggiunto, e compatibile con i processi di fabbricazione industriale esistenti, rendendolo una soluzione per il potenziamento dei sensori che rilevano forza e movimento, Per esempio. Una delle sue potenziali applicazioni è nelle telecomunicazioni come modulatore ottico, Ha spiegato Alegre. Poiché il dispositivo è in grado di rilevare ed eccitare le vibrazioni meccaniche, potrebbe essere usato come un interruttore ottico, controllare un raggio laser che lo attraversa in modo molto più efficiente rispetto alle tecnologie di modulazione utilizzate oggi nelle reti di telecomunicazioni ottiche.

"È stato fabbricato secondo gli attuali processi industriali, così qualsiasi gruppo al mondo potrebbe riprodurlo, " Egli ha detto.