Hologramas digitais 3D poderão chegar aos celulares

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/01/2022

Esquema do fotodiodo polarizador e a modulação da fotocorrente em função do ângulo de polarização linear da luz incidente (direita).
[Imagem: Jongtae Ahn et al. - 10.1021/acsnano.1c06234]

Câmera holográfica

Os hologramas 3D, até agora só vistos em filmes de ficção científica, podem em breve fazer parte de nossas vidas diárias.

Uma dessas tecnologias, chamada holografia de deslocamento de fase, já avançou bastante, mas ainda exige uma câmera grande e especializada, dotada de filtros polarizadores.

Agora, pesquisadores coreanos conseguiram desenvolver um componente que elimina esse aspecto volumoso da tecnologia, viabilizando a geração de hologramas até mesmo em aparelhos portáteis, como celulares.

Jongtae Ahn e seus colegas do Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia (KIST) criaram um fotodiodo que detecta a polarização da luz na região do infravermelho próximo, sem filtros de polarização adicionais.

Este é justamente o elemento que faltava para criar um sensor de imagem holográfica miniaturizado para gerar hologramas digitais 3D.

Os fotodiodos, que convertem luz em sinais elétricos, são componentes essenciais dos píxeis dos sensores de imagem das câmeras digitais e dos celulares, os conhecidos CCDs. A introdução da capacidade de detectar a polarização da luz no próprio sensor de imagem de uma câmera comum fornece uma variedade de novas informações, o que incluiu o armazenamento de informações suficientes para produzir hologramas 3D.

Fotodiodo que captura polarização

As câmeras holográficas atuais precisam de um filtro de polarização adicional, um componente com várias centenas de micrômetros de tamanho, conectado a um sensor de imagem de diodo óptico, com menos de um micrômetro de tamanho. Essa incompatibilidade de tamanho significa que eles não podem ser implementados em aparelhos eletrônicos portáteis devido à impossibilidade de sua integração e miniaturização.

Ahn e seus colegas resolveram isto usando dois materiais semicondutores bidimensionais, ou monoatômicos (2D): O disseleneto de rênio (ReSe₂) e o mais conhecido disseleneto de tungstênio (WSe₂).

O fotodiodo foi construído empilhando uma camada do disseleneto de rênio, um semicondutor do tipo n (negativo), que apresenta uma diferença na absorção de luz dependente do ângulo de polarização linear da luz na região do infravermelho próximo (980 nm), sobre outra camada de disseleneto de tungstênio, um semicondutor do tipo n, que não apresenta diferença na fotorresposta dependente da polarização, mas permite um desempenho melhor.

O componente mostrou-se excelente na fotodetecção de vários comprimentos de onda, do ultravioleta ao infravermelho próximo, sendo capaz de detectar seletivamente as características de polarização da luz na região do infravermelho próximo.

Diagrama esquemático da aplicação da tecnologia de hologramas em biologia e medicina.
[Imagem: Korea Institute of Science and Technology(KIST)]

Visão noturna e direção autônoma

Os pesquisadores já utilizaram seu fotodiodo para criar um sensor de imagem holográfica digital que registra as características de polarização.

"A pesquisa sobre redução do tamanho e a integração de elementos individuais é necessária para, em última análise, miniaturizar os sistemas holográficos. Os resultados da nossa pesquisa estabelecerão as bases para o desenvolvimento futuro de módulos sensores de câmeras holográficas miniaturizadas," disse o professor Kyung Hwang.

Na verdade, este novo fotodiodo terá várias utilidades além da holografia.

"O novo sensor pode adicionalmente detectar luz infravermelha próxima, bem como a anteriormente indetectável luz visível, abrindo novas oportunidades em vários campos, como visão noturna 3D, direção autônoma, biotecnologia e aquisição de dados no infravermelho próximo para análise e restauração de ativos culturais," exemplificou o professor Min-Chul Park.

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