Uma equipa da Universidade de Harvard mostrou, pela primeira vez em ambiente de laboratório, que é possível concentrar e voltar a dispersar um feixe de luz no espaço livre sem recorrer a lentes ou espelhos. O resultado confirma uma previsão teórica de mais de meio século, formulada pelo físico David Montgomery, e abre caminho a avanços em áreas como fotônica integrada, microscopia e computação quântica baseada em átomos neutros.
Como o fenómeno foi obtido
O trabalho foi conduzido pelo investigador Murat Yessenov, que se inspirou em dois efeitos ópticos de natureza semelhante. O primeiro é o Efeito Talbot, no qual uma grade de difração iluminada por luz coerente gera imagens periódicas de si própria a distâncias fixas conhecidas como distâncias de Talbot. O segundo é o Efeito Montgomery, previsto matematicamente nos anos 1960, segundo o qual seria possível criar autoimagens de praticamente qualquer padrão luminoso sem as restrições de periodicidade impostas pelo Talbot. Até agora, contudo, ninguém tinha conseguido demonstrar esse comportamento de forma controlada.
Para materializar a teoria, os cientistas recorreram a um modulador espacial de luz (SLM), dispositivo similar ao usado em projetores digitais. O SLM altera a fase do feixe laser ponto a ponto, de modo a satisfazer as equações estabelecidas por Montgomery. Depois de programado, o feixe abandona o plano inicial, difunde-se, volta a concentrar-se num ponto previamente definido e repete esse ciclo a intervalos regulares. O processo gera uma autoimagem limpa, sem lentes nem elementos refrativos, e pode ser replicado para diferentes padrões, como espirais, arranjos de múltiplos pontos ou figuras geométricas complexas.
A eliminação de lentes traz vantagens claras para sistemas ópticos que exigem miniaturização. Lentes convencionais acrescentam volume e peso, além de introduzirem aberrações que limitam a precisão. Ao substituir componentes curvos por um elemento plano e reconfigurável, a plataforma permite integrações mais compactas e elimina cópias indesejadas ou luz de fundo, problemas frequentes no uso do Efeito Talbot.
Impacto na fotônica e na computação quântica
Os autores argumentam que a técnica pode beneficiar um amplo leque de aplicações. Em sistemas de manipulação óptica, por exemplo, as chamadas pinças ópticas utilizam focos de luz para aprisionar partículas ou átomos. Hoje, essas pinças formam matrizes bidimensionais; com o novo método, torna-se possível criar arranjos tridimensionais, o que favorece arquiteturas 3D para computadores quânticos baseados em átomos neutros.
Imagem: NewsUp Brasil
Na microscopia óptica, a focalização repetida em múltiplos planos permitiria captar imagens simultâneas em profundidades diferentes sem mover lentes ou amostras, reduzindo tempo de aquisição e risco de danos. A técnica também se mostra promissora em litografia para fabrico de chips, sensoriamento de alta precisão e metrologia, onde padrões de luz moldáveis e com baixo ruído são essenciais.
Outra vantagem reside na programabilidade em tempo real. O SLM pode ser reconfigurado eletronicamente, o que permite alterar a posição dos focos ou o formato do padrão quase instantaneamente. Essa flexibilidade é crucial para sistemas ópticos dinâmicos, como comunicações espaciais ou displays holográficos, onde os requisitos mudam em frações de segundo.
Ainda não há previsão de quando a tecnologia chegará ao mercado, mas o sucesso da demonstração experimental resolve um obstáculo fundamental que durava décadas. O trabalho confirma que o comportamento previsto por Montgomery é compatível com plataformas ópticas modernas e oferece um caminho concreto para substituir lentes volumosas por componentes planos e reconfiguráveis. Os resultados deverão motivar projetos que buscam reduzir tamanho, aumentar eficiência e ampliar a funcionalidade de dispositivos fotónicos em escala laboratorial e industrial.
