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Publicado na Nature por pesquisadores liderados pela EPFL, o avanço integra um laser ultrarrápido de nível laboratorial em um chip fotônico, com pulsos de 147 femtosegundos e energia de até 1,05 nanojoule, reduzindo uma tecnologia antes associada a sistemas grandes e caros
Um laser ultrarrápido que antes exigia mesas ópticas inteiras em laboratório foi integrado a um chip fotônico, com pulsos de 147 femtosegundos e energia de até 1,05 nanojoule.
Laser ultrarrápido deixa o laboratório e chega ao chip
O avanço foi relatado na revista Nature por pesquisadores liderados pelo professor Tobias J. Kippenberg, da EPFL. A equipe afirma ter desenvolvido o primeiro laser ultrarrápido integrado capaz de igualar o desempenho de sistemas tradicionais de femtosegundo usados em bancada.
Lasers ultrarrápidos produzem pulsos de luz com duração de apenas algumas centenas de femtosegundos. Cada femtosegundo corresponde a um quatrilionésimo de segundo, escala essencial para tecnologias de alta precisão.
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Esses pulsos são empregados em manufatura de precisão, cirurgia ocular e pentes de frequência óptica. Essa última tecnologia, premiada com o Nobel, sustenta alguns dos relógios atômicos ópticos mais precisos existentes.
Apesar da importância, esses lasers continuam associados a equipamentos grandes e caros. A miniaturização em chip fotônico era considerada um desafio persistente havia mais de duas décadas.
Como o chip fotônico manipula a luz
Chips fotônicos controlam a luz por meio de guias de onda microscópicos padronizados em um wafer. A lógica lembra a dos chips eletrônicos, mas, em vez de correntes elétricas, essas estruturas direcionam feixes luminosos.
Essa plataforma já é usada em telecomunicações e ajudou a reduzir o tamanho de tecnologias ópticas antes dependentes de equipamentos maiores. O novo dispositivo amplia essa trajetória ao levar um laser de femtosegundo de alta energia para uma área muito pequena.
A cavidade do laser tem 42 centímetros de comprimento, mas pode ser dobrada em um chip com área aproximada à cabeça de um fósforo. O resultado é muito menor que os sistemas ultrarrápidos convencionais baseados em fibra.
Projeto pouco usado resolveu parte do desafio
Para viabilizar o dispositivo, a equipe adotou o oscilador de Mamyshev, arquitetura pouco utilizada. A cavidade combina um guia de ondas não linear entre dois filtros ópticos que selecionam diferentes partes do espectro de luz.
Quando um pulso forte atravessa o guia, seu espectro se alarga e permite que parte da luz passe pelos filtros, continuando a circular. A luz mais fraca não se alarga o suficiente e acaba filtrada.
O desenho também reduz problemas causados por interações não lineares em guias muito pequenos. Essa característica torna a arquitetura adequada a dispositivos fotônicos integrados.
Possíveis usos do novo laser
Como chips fotônicos podem ser fabricados em nível de wafer, mais de 1.000 cavidades laser poderiam sair de um único lote, reduzindo custos e ampliando o acesso.
A tecnologia pode apoiar sensoriamento, espectroscopia, medição de precisão, detecção de poluentes, identificação de defeitos em materiais, diagnósticos médicos e relógios atômicos ópticos portáteis.
O que você acha desse avanço? Comente se tecnologias desse tipo parecem mais importantes para medicina, indústria, meio ambiente ou navegação, e compartilhe quais aplicações de lasers ultrarrápidos deveriam receber prioridade nos próximos anos.
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