Os cientistas reduziram o tamanho de lasers promissores em 10.000 vezes

Cientistas da Universidade de Stanford criaram o primeiro laser de safira de titânio prático do mundo em escala de chip. Os modernos lasers de Ti:safira são 10.000 vezes maiores e 1.000 vezes mais caros, enquanto o custo de produção de minúsculos lasers em um chip será relativamente barato. Esses lasers impulsionarão o desenvolvimento das ciências quânticas, ajudarão na oftalmologia, na neurobiologia e em muitos outros locais onde uma fonte de luz intensa é necessária.

O laser em miniatura repousa sobre um cubo de safira de titânio com uma moeda de 25 centavos ao fundo. Fonte da imagem: Natureza

Os lasers de titânio-safira são valiosos porque podem ser ajustados em um espectro relativamente amplo de radiação coerente. Para a ciência e a indústria, esta é a qualidade mais importante, cujo nome é universalidade. Só que hoje essas instalações são raras mesmo em laboratórios, sem falar na indústria. Eles podem ter o tamanho de um desktop comum, sem falar nos equipamentos auxiliares, como bombeamento de lasers, que também custam muito dinheiro. Em última análise, o custo de um desses complexos de laser pode chegar a meio milhão de dólares americanos.

Pesquisadores de Sanford desenvolveram uma técnica para criar lasers de safira de titânio em escala micrométrica. Eles primeiro revestiram uma camada de vidro de safira real com um substrato de dióxido de silício (SiO2) e, em seguida, criaram um revestimento 3D de safira de titânio na parte superior do substrato. A camada superior é gravada e retificada até uma espessura de várias centenas de nanômetros. O guia de ondas permanece no substrato, como na imagem abaixo. Este guia de ondas funciona como um amplificador laser.

Mas o mais valioso no desenvolvimento foi o mecanismo de ajuste do laser. Isto é feito usando aquecimento dosado do guia de ondas. No caso do laser experimental, os cientistas conseguiram alterar a frequência de sua operação nos comprimentos de onda do vermelho para o infravermelho: de 700 a 1000 nm. A redução do tamanho do laser também aumentou sua intensidade e eficiência energética. A bomba laser para tal plataforma pode ser uma fonte de energia muito baixa.

«Este é um afastamento total do modelo antigo, explicam os cientistas. “Em vez de um laser grande e caro, qualquer laboratório poderá em breve ter centenas desses lasers valiosos em um chip. E tudo isso pode ser alimentado por um apontador laser verde.”