As múltiplas aplicações
das fibras fotônicas

CARMO GALLO NETTO

É conhecida a utilização de quilômetros de cabos contínuos de fibras ópticas em comunicação. Mas, ao longo do percurso, a luz que circula pelo núcleo desses condutores ópticos é progressivamente atenuada pela perda de energia. A distâncias devidamente programadas, a luz precisa ter a energia recuperada e para tanto podem ser usados diferentes tipos de amplificadores, que muitas vezes eram constituídos de cabos que chegavam a vinte metros de extensão. Em l987, na Inglaterra, conseguiu-se colocar terras raras, principalmente érbio, no núcleo de um pequeno pedaço de fibra óptica, com o que se conseguiu que a luz fosse amplificada: era a descoberta dos amplificadores de fibras ópticas, que hoje podem ser constituídos por cabos de apenas vinte centímetros de comprimento. Esse é um dos principais trabalhos desenvolvidos pelo professor Luiz Carlos Barbosa, do Departamento de Eletrônica Quântica do Instituto de Física da Unicamp, realizado em colaboração com os professores Carlos Henrique de Brito Cruz, Carlos Lenz César e Hugo Luís Fragnito, financiado principalmente pelo Centro de Pesquisa em Óptica Quântica, um programa do Cepid-Fapesp.

Tecnologia gera sensores e amplificadores

Com base na mesma tecnologia utilizada nos amplificadores ópticos, são desenvolvidos também sensores ópticos, que encontram grande aplicação em biologia, química e medicina no desvendamento de mecanismos de ação de substâncias e de estruturas. O professor Barbosa destaca as múltiplas aplicações que os sensores fotônicos podem encontrar na determinação de voltagens, de altas temperaturas em locais em que são inviáveis outros sensores, e de tensões em estruturas, em situações em que outros sensores não podem chegar ou são inacessíveis para o ser humano, como centrais nucleares e poços de petróleo.

Fibras fotônicas - O pesquisador considera que uma revolução muito recente na área de fibras ópticas foi o aparecimento de fibras ópticas fotônicas, que teve o primeiro trabalho publicado em 1999. Seus estudos nesse campo se iniciaram há cerca de quatro anos, depois da visita ao Instituto de Física do professor P.St.J. Russel, da Universidade de Bath, na Inglaterra, e um dos pioneiros: "Assistindo suas palestras percebi que poderia fazer aquilo em nosso laboratório".

Ele explica que nas fibras ópticas convencionais a diferença dos índices de refração do núcleo e da casca, que garante a reflexão interna total necessária para o guiamento da luz, é dada pela dopagem do núcleo (introdução) com substâncias que aumentam seu índice de reflexão, o que levava ao emprego de dois vidros. Mas havia vários problemas a serem resolvidos, como o do casamento dos coeficientes de dilatação, cristalização na interface núcleo/casca que contribuía para o roubo de energia, entre outros, que impediam a fabricação de fibras ópticas de vários materiais vítreos. E mostra a diferença: "Na fibra óptica fotônica o centro da fibra é oco e circundado por capilares. Essa estrutura cria uma banda óptica proibida fora da região central, forçando a luz a se propagar pelo centro. Outra opção, usada em nossas pesquisas, é circular um núcleo cilíndrico com tubos capilares do mesmo material. Como o índice de refração médio dos tubos capilares é menor do que o do núcleo central, cria-se o diferencial do índice de refração necessário para o guiamento da luz".

A grande diferença das fibras ópticas convencionais em relação às fibras fotônicas é que estas são ocas. Para o pesquisador, trata-se de uma inovação muito recente para se perceber ainda todo o seu impacto tecnológico. De imediato, atende à necessidade de produzir, cada vez mais, amplificadores de banda larga, pois com o aumento das taxas de comunicações precisa-se mais canais, o que é conseguido com o uso de vidros especiais que utilizam compostos do telúrio (fundamentalmente óxido de telúrio). Na área de comunicação espera-se que as fibras fotônicas apresentem atenuação bem mais baixa do que as fibras convencionais. Permitiriam ainda grande controle da dispersão de velocidade do grupo e a possibilidade de realização de curvas de 90 graus, que aumenta o potencial de aplicação na área de dispositivos totalmente ópticos.

Da mesma forma, espera-se o desenvolvimento que o pesquisador considera mais importante que é a grande potencialidade para inovações na área de sensores. Algumas propriedades importantes para os sensores já podem ser visualizadas. O fato de a fibra ser oca permite a sucção de gases e líquidos para o seu interior, o que torna possível analisar espectroscopicamente essas substâncias com grande sensibilidade, face à extensão em que se dá a interação. Como a geometria da estrutura oca é facilmente modificada por pressões, esperam-se variações de velocidade de grupo da luz na fibra em função da pressão e da temperatura. Barbosa considera que essa inovação revolucionária na área de fibras ópticas pode tornar obsoletos muitos dos atuais sensores à fibra, além de ampliar o espaço por eles ocupados frente aos convencionais.