Criado novo tipo de laser, o laser super-radiante

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/04/2012

O laser superradiante aprisiona 1 milhão de átomos de rubídio em um espaço de 2 centímetros entre dois espelhos. Os átomos sincronizam suas oscilações internas para emitir a luz laser.
[Imagem: Burrus/NIST]

Um novo tipo de laser, batizado de laser super-radiante, poderá ser de 100 a 1.000 vezes mais estável do que os melhores lasers atuais na faixa da luz visível.

Segundo seus criadores, o laser super-radiante poderá aumentar a precisão dos relógios atômicos e otimizar tecnologias como as comunicações e os sistemas de posicionamento por satélites, assim como instrumentos astronômicos a bordo de telescópios espaciais.

Efeito sincronizado

O novo laser é baseado em uma técnica chamada estrutura com controle de fase (phased arrays), na qual as ondas eletromagnéticas de um grande grupo de antenas idênticas são cuidadosamente sincronizadas para gerar uma onda combinada com características muito específicas.

"Se você alinhar uma série de antenas de rádio, cada uma emitindo um campo elétrico, você pode fazer com que todos esses campos elétricos se combinem para fazer uma antena direcional realmente muito boa," explica James Thompson, do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia (NIST), nos Estados Unidos.

"[No laser super-radiante] ocorre a mesma coisa, só que com objetos quânticos. Os átomos individuais formam espontaneamente algo parecido com uma rede com controle de fase para produzir um feixe de laser altamente direcional e estável," complementa.

Laser super-radiante

Em um laser convencional, milhões de fótons ricocheteiam entre dois espelhos, chocando-se com os átomos do material que funciona como meio amplificador, gerando novas cópias de si mesmos, aumentando a intensidade da luz.

Os fótons com padrões de onda sincronizados vazam da cavidade espelhada para formar o feixe de laser.

Apesar da pequena potência, o laser super-radiante será útil em aplicações tão sensíveis quanto os relógios atômicos.
[Imagem: NIST]

A frequência desse feixe, ou seja, a cor do laser, oscila levemente, porque os espelhos estão vibrando devido ao movimento dos seus próprios átomos, ou devido à influência do meio ao seu redor - um carro que passe na rua ou uma pessoa que ande pelo laboratório, por exemplo.

Isso não acontece no laser super-radiante porque os fótons são emitidos muito mais rapidamente.

Os átomos estão constantemente se energizando e emitindo fótons sincronizados e, em média, muito menos deles ficam presos entre os espelhos.

Praticamente todos os fótons escapam antes de serem afetados pelos espelhos, produzindo uma luz muito mais estável.

Normalmente os átomos emitiriam apenas um fóton por segundo, mas sua ação sincronizada multiplica essa taxa por um fator de 10.000, produzindo a luz super-radiante.

O efeito é diminuto, cerca de um milhão de vezes mais fraco do que o laser de um apontador a laser usado pelos professores, mas forte o suficiente para operar em circuitos muito sensíveis.

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