Laser aleatório tem recorde mundial batido no Brasil

Com informações da Agência Fapesp - 22/02/2017

A solução de micropartículas foi iluminada com laser verde, gerando um laser aleatório vermelho com uma eficiência inédita.
[Imagem: Niklaus Wetter/Kelly Jorge/Ipen]

Recordes não randômicos

Quebrar recordes de eficiência energética na geração de feixes de laser está se tornando uma rotina para Niklaus Wetter, físico suíço que trabalha no Brasil desde 1988 e há três anos dirige o Centro de Lasers e Aplicações do IPEN (Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares).

Em 2015, Wetter e o físico Alessandro Melo de Ana, da Universidade Nove de Julho, idealizaram uma nova configuração de lentes e espelhos para geradores de laser que usam cristais contendo o elemento químico neodímio. Com o novo arranjo, o dispositivo que é um dos mais utilizados no mundo para fins industriais, médicos e de pesquisa, conseguiu aproveitar 60% da energia depositada em seu cristal para gerar luz laser, superando o recorde anterior de 50% para esse tipo de equipamento.

Agora, a equipe conseguiu um avanço ainda maior na eficiência energética de um tipo diferente de laser: o laser randômico ou aleatório, que ganhou a atenção de físicos e engenheiros nos últimos anos por ser de baixo custo e usar dispositivos muito pequenos.

O feito foi obtido com a participação da física brasileira Júlia Giehl e do físico espanhol Ernesto Jimenez-Villar, atualmente na Universidade Federal de Pernambuco (UFPE).

Laser aleatório

No lugar de um cristal, os equipamentos de laser aleatório produzem uma luz com características do laser convencional a partir de um líquido contendo partículas micro ou nanométricas em suspensão ou de uma mistura de partículas no estado sólido (na forma de um pó). O problema é que a eficiência desse tipo de laser costuma ser baixa. As soluções e misturas de partículas microscópicas convertem em laser no máximo 2% da energia que recebem na forma de luz.

Calculando detalhes de como o laser é gerado e amplificado à medida que a luz é refletida várias vezes pelas partículas, a equipe brasileira descobriu como elevar muito a eficiência dessa conversão, que agora chegou a 60%. "Esse resultado é comparável ao dos melhores lasers de estado sólido convencionais disponíveis no mercado," afirmou Wetter.

O segredo é misturar partículas de diferentes tamanhos. Nos experimentos, a equipe usou grãos de um cristal com 54 micrômetros de diâmetro e grãos quase 10 vezes menores, de apenas 6 micrômetros. Na mistura, as partículas menores preencheram o espaço entre as maiores, criando bolsões que aumentaram localmente em 30% o espalhamento da luz - a cada espalhamento mais energia é incorporada ao laser.

O resultado final é um aumento de 160% na potência do feixe de laser emitido.

Laser para microlaboratórios

Estas melhorias nos lasers aleatórios são importantes porque eles são muito baratos. De acordo com Wetter, o custo de produção de um laser aleatório poderá chegar à casa dos centavos.

Isto deverá ter um grande impacto tecnológico, uma vez que os lasers aleatórios são ideais para o desenvolvimento de microlaboratórios biomédicos compactos, portáteis e descartáveis, também conhecidos pela expressão em inglês lab on a chip (laboratório dentro de um chip).

Esses biochips são cartões feitos de vidro ou plástico que contêm uma espécie de encanamento microscópico: canais e reservatórios com milímetros a micrômetros de espessura que permitem o armazenamento, a passagem e a mistura de volumes ínfimos de líquidos.

Essas redes de canais e reservatórios são projetados de forma a permitir a combinação seletiva de amostras de sangue, saliva ou outros fluidos corporais com os reagentes químicos necessários para realizar exames laboratoriais, que podem ser feitos na hora e dar o resultado no próprio consultório médico.

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