Como comprimir um pulso de luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/02/2015

O resultado é um pulso de laser que não apenas é ultracurto, como também é extremamente intenso, com picos de 1 gigawatt (GW).
[Imagem: TU Wien]

Laser de femtossegundos

Físicos da Universidade de Viena, na Áustria, descobriram uma forma de comprimir os pulsos de luz trafegando por uma fibra óptica por um fator de 20.

Isto significa que é possível, com um componente inacreditavelmente simples, reduzir os pulsos de um laser pulsado comum para criar lasers de femtossegundos, que hoje exigem equipamentos grandes, caros e complicados, só disponíveis em grandes laboratórios.

Os lasers de femtossegundos - 1 femtossegundo equivale a 10^-15 segundo - produzem pulsos extremamente curtos, capazes de arrancar elétrons de seus átomos e acelerá-los a energias inalcançáveis pelo LHC, por exemplo.

Um desses miniaceleradores de elétrons promete revolucionar a biologia e o estudo das reações químicas, mas os lasers de femtossegundos também têm sido usados em experimentos - que agora poderão ficar muito mais simples - de gravação magnética quântica de dados e em memórias de cristal.

Efeito de dispersão

Para entender como é possível encurtar um pulso de laser, imagine o efeito contrário, como a largada de uma maratona: os corredores saem todos juntos, mas, à medida que os mais rápidos se distanciam, aquela massa coesa inicial se distribui largamente ao longo da pista.

Com um pulso de laser acontece basicamente o mesmo, já que cada pulso é formado por uma multiplicidade de fótons, com uma variação nos comprimentos de onda de cada um, o que faz com que cada um viaje a uma velocidade ligeiramente diferente da velocidade dos seus companheiros.

Isto gera um efeito de dispersão dos fótons conforme eles viajam ao longo de uma fibra óptica, com o pulso como um todo tornando-se cada vez mais longo.

Perfil da fibra oca que comprime os pulsos de laser.
[Imagem: TU Wien]

Efeito de coesão

O que Tadas Balciunas e seus colegas fizeram foi projetar uma fibra óptica oca, com o espaço interno preenchido com um gás, que interfere com a velocidade dos fótons.

A interação aleatória da luz com os átomos de gás permite que os fótons com comprimentos de onda maiores viajem mais rapidamente. Mas a fibra possui também nanoestruturas em suas paredes que fazem com que os fótons com comprimentos de onda mais curtos sejam acelerados.

O efeito líquido desses dois efeitos é comprimir o pulso de laser, juntando seus múltiplos comprimentos de onda em uma massa compacta - mais ou menos como rodar o filme de uma maratona ao contrário e ver os corredores espalhados voltando para suas posições originais dentro da massa compacta.

O resultado é um pulso de laser que não apenas é ultracurto, como também é extremamente intenso: os pulsos atingiram picos de 1 gigawatt (GW).

Segundo a equipe, a técnica abre a possibilidade de que praticamente todos os grupos de pesquisa ao redor do mundo passem a contar com um laser de femtossegundos em seus laboratórios, incrementando trabalhos na área de medições ultraprecisas, manipulação de materiais e muitas outras.

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