Caltech criou um revolucionário laser em miniatura: ele transformará um smartphone em um laboratório e encaixará um relógio atômico em um chip

Engenheiros do Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia) relataram a criação de um laser de modo bloqueado em miniatura (MLL), cujo design é ideal para gerar pulsos ultracurtos. O laser é tão pequeno que cabe em um chip. Tal solução ajudará a fazer medições precisas no microcosmo, que terão aplicação em relógios atômicos e instrumentos analíticos, podendo até ter aplicação em smartphones.

Fonte da imagem: Alireza Marandi

«Nosso objetivo é revolucionar a fotônica ultrarrápida, transformando grandes sistemas de laboratório em sistemas do tamanho de chips que podem ser produzidos em massa e usados ​​em campo”, disse o físico Qiushi Guo, do Instituto de Tecnologia da Califórnia e da Universidade da Cidade de Nova York. “Queremos não apenas reduzir o tamanho, mas também garantir um desempenho satisfatório desses lasers ultrarrápidos em um chip.”

A medição precisa de fenômenos físicos e químicos na menor escala requer um laser com a combinação ideal de potência e precisão. A maioria dos lasers que podem realizar essa tarefa são volumosos, caros e consomem muita energia. O novo desenvolvimento cabe na ponta do dedo, enquanto anteriormente falávamos de estruturas do tamanho de uma bancada de laboratório.

Esses lasers poderiam ser potencialmente usados ​​para diversos fins, desde imagens médicas até relógios atômicos e navegação sem GPS. O objetivo era encaixar um circuito específico em um tamanho pequeno o suficiente para que um laser baseado nele pudesse caber em uma bolsa ou até mesmo em um bolso.

O laser em miniatura criado pelos cientistas da Caltech é um laser de modo bloqueado, ou MLL, que produz pulsos de laser extremamente rápidos por meio de bloqueio de fase. Estamos falando de pulsos de femtossegundos. Pulsos de laser rápidos permitem observações em escalas menores e de objetos que se movem mais rápido, como átomos em uma molécula. Tais instalações, atualmente com melhor projeto e boa potência, são bastante grandes e requerem uma quantidade significativa de energia para funcionar.

Para criar um laser MLL em miniatura, os cientistas usaram um material como o niobato de lítio de película fina (TFLN). Graças a ele, tornou-se possível usar sinais elétricos externos de radiofrequência para controlar com precisão os pulsos de laser. Para criar um laser ultrapequeno, este material foi combinado com um tipo especial de semicondutor compatível com TFLN.

Os resultados foram impressionantes: o laser foi capaz de fornecer um pulso de 4,3 picossegundos na região do infravermelho próximo com uma potência de pico de cerca de 0,5 W. O laser também se mostrou versátil na configuração dos modos de operação, o que promete ajudar na sua transferência para dispositivos portáteis, que, no entanto, ainda precisam ser desenvolvidos.

«Essa conquista abre caminho para o uso de telefones celulares para diagnosticar doenças oculares ou analisar alimentos e o ambiente em busca da presença de E. coli e vírus perigosos, prometem os desenvolvedores. “Também poderia permitir o uso de relógios atômicos em escala de chip, permitindo a navegação em ambientes onde o GPS está comprometido ou indisponível.”