Transístor de laser aleatório junta eletrônica com fotônica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/11/2018

É um laser. Mas é também um transístor de luz.
[Imagem: Case Western University]

Laser controlado eletricamente

Os lasers estão prontos para dar mais um salto de qualidade: acaba de ser demonstrado que é possível controlar a direção do feixe de saída de um laser aplicando-lhe uma carga elétrica.

Em termos bem simples, imagine a possibilidade de ter uma caneta laser que possa ser programada para brincar com o seu gato sem que você precise ficar virando a caneta de um lado para o outro - a luz sai do laser na direção que você programar.

É claro que o objetivo não é exatamente para brincar com seus bichanos: Cirurgias a laser, cortes de chapas na indústria e roteamento de telecomunicações poderão ser feitas de forma muito mais precisa e dispensando todo o aparato eletromecânico atualmente usado para ficar movimentando o laser.

"Ainda há muito trabalho a fazer, mas esta é uma primeira prova clara de um transístor de laser aleatório, no qual a emissão do laser pode ser roteada e direcionada pela aplicação de uma tensão externa," disse o professor Giuseppe Strangi, da Universidade Case Western, nos EUA.

Os lasers aleatórios têm sido o carro-chefe das pesquisas nessa área há mais de 15 anos devido ao seu potencial de miniaturização - são nanolasers, adequados para serem embutidos no interior de chips fotônicos para comunicação e em processadores que funcionam com luz em vez de eletricidade.

O laser é guiado eletricamente, sem que a fonte inteira precise se mover.
[Imagem: Case Western University]

Transístor de laser aleatório

Os lasers convencionais consistem em uma cavidade óptica, formada por duas paredes espelhadas, dentro da qual há um material fotoluminescente que emite e amplifica a luz. Os espelhos forçam os fótons a saltarem de um lado para o outro em uma frequência específica, para produzir o feixe de luz coerente que vemos saindo.

"Mas e se nós quiséssemos miniaturizar isso e nos livrar dos espelhos e fazer um laser sem cavidade e descer até a nanoescala? Isso é um problema no mundo real que não conseguimos superar até a virada deste século, até os lasers aleatórios," explicou Strangi.

Nos lasers aleatórios, os fótons emitidos em várias direções são reunidos por meio de um cristal líquido, que guia as partículas de luz. Portanto, não há necessidade da grande estrutura espelhada dos lasers tradicionais.

Esses lasers geram uma onda especial, chamada sóliton, que funciona como um canal para que os fótons dispersos sigam, agora em um caminho ordenado e concentrado.

O que se fez agora foi dirigir um sinal elétrico para o cristal líquido de forma a controlá-lo com precisão, o que permite guiar o laser como se ele tivesse um botão de controle, em vez de mover toda a estrutura.

"É por isso que o chamamos de 'transístor', porque um sinal fraco, o sóliton, controla um forte, a saída do laser," explicou Strangi. "Lasers e transistores têm sido as duas tecnologias líderes que revolucionaram o século passado, e nós agora descobrimos que ambos estão interligados no mesmo sistema físico."

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