Laser e antilaser são reunidos um único dispositivo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/11/2016

Pode parecer um contrassenso, mas este dispositivo pode amplificar a luz ou absorvê-la completamente, produzindo escuridão.
[Imagem: Zi Jing Wong/UC Berkeley]

Antilaser

Cinco anos atrás, pesquisadores da Universidade de Yale, nos EUA, construíram um antilaser, uma espécie de "raio das trevas", capaz de absorver toda a luz de um laser que o atinge, produzindo escuridão e calor.

Eles ainda estão pesquisando o que fazer com ele, mas a capacidade de capturar luz coerente - a luz de um laser real - no meio de um monte de outras radiações - ou ruído - aponta para a possibilidade de construção de sensores químicos e biológicos extremamente sensíveis.

Agora, Zi Jing Wong e seus colegas dos Laboratórios Berkeley, também nos EUA, fizeram algo que vai permitir trazer esses dispositivos para o uso prático: eles juntaram um laser e um antilaser dentro do mesmo invólucro.

E, melhor de tudo, as duas funções opostas operam nas frequências de luz usadas em telecomunicações.

"Em uma única cavidade óptica nós obtivemos tanto a amplificação coerente da luz quando sua absorção, na mesma frequência, um fenômeno que parece ser um contrassenso porque os dois estados fundamentalmente contradizem um ao outro. Isto é importante para a modulação de pulsos em alta velocidade nas comunicações ópticas," disse o professor Xiang Zhang, coordenador da equipe.

Diagrama de funcionamento das etapas de laser e antilaser.
[Imagem: Zi Jing Wong/UC Berkeley]

Como funciona o antilaser

O dispositivo possui 824 pares de materiais de ganho e de perda - capazes de absorver e amplificar a luz, respectivamente. Os primeiros, feitos de fosfeto-arseneto de gálio-índio, formam o laser, e os últimos, feitos de cromo e germânio, formam o antilaser.

A repetição do padrão criou um sistema ressonante no qual a luz salta para frente e para trás ao longo de todo o dispositivo, ampliando a magnitude da amplificação ou da absorção.

Um palpite educado seria que a luz que entra no dispositivo - a luz de bombeamento - irá sofrer níveis equivalentes de amplificação e de absorção, não resultando em qualquer alteração em sua intensidade. Contudo, a coisa não acontece assim se o dispositivo for construído de forma a satisfazer as condições de simetria de paridade-tempo.

Simetria de paridade e reversão do tempo

A simetria de paridade-tempo é um conceito herdado da mecânica quântica: em uma operação de paridade, as posições são invertidas, como se a mão esquerda se tornasse a mão direta ou vice-versa.

Agora adicione uma operação de reversão do tempo, algo como passar um filme ao contrário e ver um balão "desestourando" ou a água voltando do chão para o copo. Em óptica, a reversão no tempo do laser equivale a um antilaser. Assim, o dispositivo retorna à sua configuração original depois de executar as operações de reversão do tempo e da paridade.

Quando o dispositivo é balanceado - o meio de ganho é igual ao meio de absorção - não há amplificação ou absorção líquida da luz, como seria de se esperar. Mas isso pode ser alterado, numa ou noutra direção, ajustando as condições de operação do componente de forma a quebrar sua simetria, permitindo obter um ou outro efeito sob demanda, na magnitude desejada.

"Termos conseguido obter tanto o laser quanto o antilaser dentro de um único dispositivo integrado é um passo significativo em direção aos limites de controle da luz," disse o professor Zhang.

Laser com antilaser

O conceito de um antilaser - ou absorvedor coerente perfeito - foi proposto em 2010 como algo capaz de reverter o que um laser faz. Ou seja, em vez de amplificar fortemente um feixe de luz, um antilaser pode absorver completamente feixes coerentes de laser.

Ele virou realidade apenas um ano depois de ter sido proposto. Agora já há uma proposta adicional, de juntar um antilaser com a luz torcida e produzir hélices de escuridão, mas este é um desafio ainda a ser vencido.

O laser com antilaser, por sua vez, entra agora na etapa de desenvolvimento de aplicações práticas. Segundo a equipe, o dispositivo permitirá construir um novo tipo de circuito integrado fotônico que poderá operar como um laser, como um amplificador, como um modulador ou como um sensor, dando um novo nível de flexibilidade aos circuitos que operam com luz.

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