Energia

Gilberto Gil, vamos ter raio laser mais barato!

Laser aleatório sob controle leva tecnologia a um novo nível
Físicos fabricaram um novo tipo de fibra óptica que é capaz de controlar os promissores lasers aleatórios.[Imagem: Universidade do Novo México]

Laser aleatório

Há décadas, Gilberto Gil se pergunta: "Quando vamos ter raio laser mais barato?" - em sua música "Queremos Saber".

Parece que a hora chegou, graças a um tipo especial e muito mais simples de laser.

Fundamentalmente, um laser aleatório - ou randômico - é precisamente o que seu nome indica: sua emissão de luz é aleatória.

Ele é aleatório no espectro de luz que produz - sua cor - e na forma como a luz é emitida. Isto o torna extremamente versátil - além de ser muito mais barato de fabricar do que um laser comum.

O problema tem sido controlar essa aleatoriedade, de forma a fazer o laser funcionar da forma necessária a cada aplicação prática.

Agora, uma equipe da Universidade do Novo México, nos EUA, conseguiu um elevado nível de controle da cor e da direcionalidade do laser aleatório, algo que promete levar a tecnologia laser para o próximo nível.

Simplicidade do laser aleatório

Os lasers tradicionais consistem em três componentes principais: uma fonte de energia, um meio de ganho e uma cavidade óptica. A fonte de energia é fornecida através de um processo chamado bombeamento e pode ser suprida por uma corrente elétrica ou por outra fonte de luz. Essa energia passa pelo meio de ganho, dotado de propriedades que amplificam a luz. A cavidade óptica - um par de espelhos de cada lado do meio de ganho - faz a luz ficar passando repetidamente através do meio de ganho, amplificando-a cada vez mais. O resultado é um feixe de luz direcionado e intenso chamado laser, que sai por um dos espelhos, que não é totalmente reflexivo.

O laser aleatório, por sua vez, também usa uma bomba e um meio de ganho, só que este é altamente desordenado; a cavidade óptica é totalmente dispensada.

Eles podem ser extremamente úteis devido à sua simplicidade e amplas características espectrais, o que significa que um único laser aleatório pode produzir um feixe de luz contendo múltiplas cores, uma propriedade muito benéfica para certas aplicações, como nas imagens biomédicas ou nas análises químicas e biológicas realizadas dentro dos biochips.

No entanto, por sua própria natureza, os lasers aleatórios são difíceis de controlar de forma confiável devido à sua saída multidirecional e à sua flutuação caótica.

Laser aleatório sob controle leva tecnologia a um novo nível
Os furos na fibra óptica controlam o laser, embora os físicos admitam que não entendem bem como a coisa funciona. [Imagem: Behnam Abaie et al. - 10.1038/lsa.2017.41]

Controle do laser aleatório

Behnam Abaie e seus colegas conseguiram construir um laser que tem todas as principais qualidades de um laser aleatório, mas tem também estabilidade espectral e é altamente direcional.

A técnica usa um tipo especial de fibra óptica que apresenta um fenômeno conhecido como "localização de Anderson" - a ausência de difusão das ondas de luz em um meio desordenado. A fibra é feita de um material conhecido como "quartzo de cetim", um vidro artesanal extremamente poroso que normalmente é usado apenas para calibrar as máquinas onde as fibras ópticas são fabricadas. Quando fundido e puxado, o material poroso forma fibras com dezenas de canais de ar microscópicos ao longo do seu comprimento.

"O vidro que estamos usando para essas fibras ópticas é, na verdade, material que normalmente descartamos, porque ele é muito poroso. Mas são esses buracos no vidro que criam os canais que controlam o laser," contou Abaie.

Uma vez que esses buracos são preenchidos com um meio de ganho e bombeados usando um laser verde monoespectral, o laser aleatório torna-se menos aleatório e altamente controlável.

A equipe credita o efeito à localização de Anderson, mas afirma que o fenômeno ainda não é bem compreendido e que mesmo sua presença em alguns sistemas aleatórios é motivo de controvérsia entre os físicos.

"Ainda há muito a aprender sobre a localização de Anderson, mas é emocionante para nós fazer parte desse desenvolvimento. Sermos capazes de realmente construir dispositivos que utilizem esse fenômeno está levando a ciência para outro nível," disse o professor Arash Mafi.

Bibliografia:

Random lasing in an Anderson localizing optical fiber
Behnam Abaie, Esmaeil Mobini, Salman Karbasi, Thomas Hawkins, John Ballato, Arash Mafi
Nature Light: Science and Applications
Vol.: 6, e17041
DOI: 10.1038/lsa.2017.41




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