Anderson S. L. Gomes (APC cadeira #79)
A luz é uma forma de energia radiante, que nos acompanha com a luz natural do sol desde o raiar do dia com os primeiros raios solares, ilumina, com luz artificial, as telas que acendemos ao ligar o celular e/ou a TV, a tela do computador para a aula ou reunião remota; ilumina com LEDs os sinais de trânsito ou os letreiros indicadores nos meios de transporte e à noite iluminam nossos caminhos.
A luz é ubíqua, está em toda parte. Nas aplicações médicas, podemos citar o tratamento oftalmológico usando lasers para cirurgia de correção de córnea, ou o tomógrafo óptico para diagnóstico da retina; em dermatologia, trata e diagnostica câncer de pele; em odontologia, vai desde o diagnóstico periodontal até cirurgia com laser de diodo. Nas comunicações ópticas, particularmente nestes tempos pandêmicos, graças à capacidade instalada de fibras ópticas, o uso de lasers de semicondutores e às facilidades produzidas por softwares, o uso da internet tornou a pandemia do SARS-CoV-2 bem mais administrável que outros eventos maléficos e similares no passado, permitindo informações em tempo real – e muita desinformação também – e um preparo mais adequado da população, quando devidamente gerenciada. Reuniões, aulas, debates, tudo online, graças às comunicações usando a luz. A luz também é usada na agricultura, indústria automobilística, supermercados, sistemas de segurança, artes, cultura, shows, energia solar, etc. A fotossíntese, responsável pela sustentação das plantas e a energia solar, largamente utilizada atualmente, são provenientes da luz do sol.
Mas o que é mesmo a luz? Historicamente, as primeiras noções sobre o que é a luz vieram do séc. XVII, com Isaac Newton (físico, astrônomo e matemático inglês) que pensava que a luz era formada por pequenas partículas emitidas por objetos muito quentes. Na mesma época, outro físico, astrônomo e matemático, o holandês Christian Huygens, achava que a luz era uma onda vibrante que vibrava para cima e para baixo e se movia para frente. Hoje sabemos que a luz é constituída de fótons, que são uma das partículas fundamentais do universo. Dentre as formas com que os fótons podem ser criados, a mais importante para a óptica acontece quando um elétron (que também é uma partícula fundamental) realiza uma mudança entre níveis de energia em um átomo, conforme ilustrado na Figura 1.
A área que estuda os fenômenos luminosos é a Óptica, por meio da qual aprendemos como a luz se propaga e como pode ser manipulada. Uma das caraterísticas da luz é a sua intensidade, que determina regimes ópticos, diferenciando a óptica linear e a óptica não linear. De forma bem geral e qualitativa, quando usamos lâmpadas, as intensidades que são obtidas geralmente são exploradas na óptica linear. Quando usamos LASERS, podemos obter altas intensidades, e além da óptica linear, podemos explorar fenômenos da óptica não linear.
A tecnologia que trata da geração, manipulação, detecção e propagação da luz é a FOTÔNICA, cuja palavra vem de FOTON, cuja definição já discutimos anteriormente neste texto.
De forma resumida, a LUZ é uma forma de RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA com amplo espectro de frequências. Quando a faixa de frequências é visível ao olho humano, denominamos LUZ VISÍVEL. A luz é constituída de FÓTONS, que podem se comportar como ONDA ou PARTÍCULA. A figura 2 mostra o espectro eletromagnético, indicando as faixas de frequência e tipos de radiação.
Fonte: https://www.infoescola.com/fisica/espectro-eletromagnetico/ – Adaptada).
Para construir um dispositivo fotônico, é essencial uma fonte de luz, algum tipo de fotodetector, e algum processo físico, químico ou biológico com o qual a luz interaja gerando a informação de interesse. As principais fontes de luz usadas atualmente, e que podem ser encontradas em praticamente todas as regiões do espectro eletromagnético são os LASERS ou LEDs. A diferença entre eles é que os LASERS são fontes que emitem uma radiação monocromática, direcional e temporalmente coerente. Já o LED emite radiação policromática, não direcional e sem coerência temporal. A figura 3(A) mostra LEDs de cores diversas centradas no violeta, verde, vermelho, e na figura (B) apontadores LASERS também centrados nas mesmas cores, onde pode ser observado (mesmo em fotografia) as diferenças de direcionalidade.
(Imagens de livre acesso, retiradas da internet)
Durante esta pandemia, dispositivos ópticos têm sido essenciais: você tem visto termômetros sendo usados à distância. Ele é composto por um laser, que auxilia no posicionamento do sensor para realizar a leitura do objeto, possui ainda uma lente óptica e um sistema de amplificadores e filtros que transmitem a radiação do corpo até um medidor que emite uma resposta proporcional a radiação que pode ser associada a temperatura da superfície. Drones, usando câmeras digitais e termômetros de infravermelho têm sido também amplamente utilizados. Nos testes de PCR (Polymerase Chain Reaction) para identificar a presença ou ausência do vírus, a etapa final depois dos procedimentos microbiológicos, utilizam um espectrômetro óptico para detectar a ausência ou presença de vírus na amostra, por meio de marcadores fluorescentes. Na Espanha, um chip óptico está sendo desenvolvido para testes em tempo real do novo corona vírus, usando tecnologia optomicrofluidica.
No Brasil, diversos grupos de pesquisa atuam fortemente em pesquisa básica e aplicada em óptica e fotônica. Nossas Universidades em Pernambuco (UFPE, UFRPE, UPE) mantém atividades de ensino, pesquisa básica e aplicada em óptica e fotônica, e a UFPE sedia o Instituto Nacional de Fotônica (www.inct.info).
Em 16 de maio, celebra-se em todo o mundo o Dia Internacional da Luz – escolhida porque foi a data em que o físico Theodore Maiman demonstrou, nos Estados Unidos, a primeira operação de um equipamento LASER. Nessa data, pelo quarto ano consecutivo, o mundo todo celebrará, mais uma vez, e EM CASA pelo segundo ano, o poder de transformação social e econômico desta tecnologia. Vários eventos vão acontecer ao longo do mês de maio, cuja programação mundial pode ser encontrada em https://www.lightday.org, incluindo a programação brasileira. Em Pernambuco e no Recife, estudantes das Universidades Federal e Federal Rural nas áreas de óptica e fotônica, que são membros de duas sociedades internacionais na área de óptica (OSA e SPIE) estarão ativamente engajados com atividades online que será oportunamente divulgada. Também o Espaço Ciência, parte da SECTI teve atividades nesta data (visite http://www.espacociencia.pe.gov.br)
Celebremos a LUZ! Celebremos a VIDA! Celebremos a Ciência!
*Anderson S. L. Gomes, Professor Titular do Departamento de Física e PPG Odontologia da UFPE, PPG Ciência dos Materiais da UNIVASF, Acadêmico da APC.