O impacto da Nanotecnologia na Ótica e na Fotônica

Fotônica

Ao longo dos anos, muitos dispositivos eletrônicos foram miniaturizados em uma escala muito menor do que seus antecessores originais. Para muitos dispositivos eletrônicos, a miniaturização de componentes eletrônicos (baterias, circuitos etc.) para o mícron e depois para o nível nano tem sido suficiente para reduzir o tamanho geral do dispositivo, mantendo sua alta eficiência.

No entanto, dispositivos que usam componentes ópticos são inerentemente mais difíceis de miniaturizar e aprimorar porque os materiais usados ​​neles precisam ser de alta qualidade e os próprios dispositivos precisam ser incrivelmente precisos. Ao longo da última década, o uso de nanomateriais em dispositivos ópticos e fotônicos aumentou significativamente e agora eles estão presentes em tudo, desde revestimentos ópticos em lentes a fotodetectores, polarizadores de luz e muito mais.

Propriedades dos nanomateriais

Muitas propriedades diferentes dos nanomateriais permitem que eles absorvam, reflitam e manipulem a luz para realizar o efeito desejado. Eles foram explorados para uma variedade de dispositivos ópticos e fotônicos (bem como dispositivos que usam componentes ópticos).

Os nanomateriais, inerentemente de tamanho pequeno, permitem que os componentes e dispositivos em que são usados ​​sejam menores do que seus equivalentes mais volumosos. Além do tamanho pequeno, a alta área de superfície ativa de muitos nanomateriais pode ser explorada para manipular e alterar as propriedades da luz. Os diversos componentes óticos são usados ​​em dispositivos eletrônicos, aqueles que desempenham funções óticas e eletrônicas, como dispositivos optoeletrônicos, também requerem materiais altamente condutores. Muitos nanomateriais que apresentam condutividade elétrica muito alta podem também ser usados. A resistência à abrasão e a tenacidade de muitos nanomateriais também são úteis. Isso ajuda a evitar que componentes ópticos delicados sejam danificados, o que, por sua vez, altera a eficiência óptica dos componentes.

Um outro aspecto significativo dos nanomateriais em tecnologias ópticas e fotônicas é que eles exibem fortes interações luz-matéria, garantindo que os componentes ópticos interajam de forma eficiente com a luz. Muitos nanomateriais também exibem uma ampla resposta óptica e tempos de relaxamento rápidos, e alguns são eficientes o suficiente para serem usados ​​em tecnologias terahertz. Mesmo quando os componentes ópticos permanecem nanométricos – o que significa que são usados ​​como nano componentes autônomos em vez de parte de um componente maior – eles podem ser facilmente integrados a outros componentes ópticos mais volumosos.

Tecnologias ópticas

Os nanomateriais em componentes ópticos variam de dispositivos completos que dependem de suas propriedades ópticas para funcionar até componentes que são usados ​​em dispositivos não ópticos e revestimentos ópticos usados ​​para proteger e melhorar as propriedades ópticas do dispositivo .

As lentes são usadas em muitos dispositivos eletrônicos e tecnologias de grande escala. As lentes são geralmente muito grandes para serem totalmente feitas de nanomateriais. No entanto, nanoestruturas de diferentes materiais podem ser incorporadas em diferentes lentes para melhorar o desempenho óptico e a resistência da lente. Uma das opções mais comuns para lentes é o uso de revestimentos à base de nanomateriais (ou filmes finos específicos para aplicações de alta tecnologia), o que também melhora o desempenho e a resistência à abrasão / tenacidade das lentes, sem a necessidade de incorporar diretamente o nanomaterial na lente. Essa abordagem é menos dispendiosa, pois podem ser usadas lentes padrão de custo muito mais baixo (pequenas quantidades de revestimento geralmente não são muito caras). Além disso, o uso de revestimentos pode introduzir efeitos específicos nas lentes, como propriedades antirreflexo.

Embora as lentes básicas geralmente não exijam nanomateriais, o uso de nanoestruturas dentro das lentes – e revestimentos / filmes finos – pode, além do desempenho básico e aprimoramentos de clareza óptica, alterar drasticamente as propriedades das lentes. Uma das maneiras mais comuns é transformar uma lente em um filtro óptico ou polarizador óptico altamente eficaz, ambos usados ​​em uma variedade de tecnologias.

Algumas outras aplicações específicas de nanomateriais incluem cavidades ópticas, absorvedores saturáveis ​​e interruptores ópticos para lasers ultra-rápidos, bem como em sensores complementares de CMOS, biossensores ópticos para detectar várias biomoléculas e tecnologias ópticas vestíveis .

Tecnologias fotônicas

Muitas das áreas da óptica e fotônica se sobrepõem porque ambas lidam com a luz, embora existam algumas áreas específicas onde os nanomateriais são usados ​​apenas em aplicações na área da fotônica (como no processamento e detecção de luz, ao invés do que na manipulação da luz que diz respeito a muitos componentes ópticos).

Os engenheiros de projeto também podem incorporar nanoestruturas fotônicas em lentes diferentes. Como muitas lentes ópticas aprimoradas com nanomateriais, as nanoestruturas fotônicas melhoram o desempenho dos microscópios. Outra grande área da nanofotônica é em fotodetectores, porque as propriedades de absorção eletromagnética de muitos nanomateriais levam a fotodetectores altamente eficientes, que são usados ​​em muitas tecnologias, incluindo computadores. Além disso, como muitos nanomateriais têm um amplo espectro de absorção, esses fotodetectores podem detectar ultravioleta (UV), infravermelho (IR) e fótons de luz visível.

Nanomateriais têm sido usados ​​para criar uma variedade de componentes em cabos de fibra óptica. Isso inclui filtros ópticos e grades de Bragg, que são usados ​​isoladamente em cabos de fibra óptica ou para construir outros componentes, como anemômetros de fibra óptica. Muitos nanomateriais são usados ​​para construir diferentes partes de cabos de fibra óptica porque eles interagem fortemente com a luz propagada. Outras áreas onde os nanomateriais são usados ​​para criar dispositivos baseados em fotônica incluem retenas de fibra óptica para converter ondas eletromagnéticas em uma corrente elétrica, dispositivos de gravação magnética mais avançados e maneiras de melhorar a intensidade da luz em espectroscopia e tecnologias de células solares, para citar alguns.

Conclusão – Nanotecnologia na Ótica e na Fotônica

As tecnologias na área óptica e fotônica avançaram recentemente, mas a necessidade de componentes altamente precisos torna seu aprimoramento mais desafiador do que muitas outras tecnologias. Nos últimos anos, no entanto, uma ampla gama de nanomateriais tem sido usada devido à sua forte interação com a luz e sua capacidade de manipular as propriedades da luz. Assim, muito mais tecnologias estão sendo desenvolvidas, usando ótica de nanomateriais de alta tecnologia e componentes fotônicos.

Artigo escrito por Liam Critchley e publicado no blog da Mouser Electronics: Nanotechnology’s Impact on Optic and Photonic Technologies

Traduzido e adaptado por Equipe Embarcados .Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados

(*) este post foi patrocinado pela Mouser Electronics

Sem licença Creative Commons

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