Um laser ultrarrápido de alto desempenho do tamanho da ponta de um dedo

Um alto desempenholaser ultrarrápidodo tamanho da ponta de um dedo

De acordo com um novo artigo de capa publicado na revista Science, pesquisadores da City University of New York demonstraram uma nova maneira de criar alto desempenholasers ultrarrápidosem nanofotônica. Este modo miniaturizado bloqueadolaseremite uma série de pulsos de luz coerentes ultracurtos em intervalos de femtossegundos (trilionésimos de segundo).

Modo ultrarrápido bloqueadolaserpode ajudar a desvendar os segredos das escalas de tempo mais rápidas da natureza, como a formação ou quebra de ligações moleculares durante reações químicas ou a propagação da luz em meios turbulentos. A alta velocidade, pico de intensidade de pulso e amplo espectro de cobertura de lasers com modo bloqueado também permitem muitas tecnologias de fótons, incluindo relógios atômicos ópticos, imagens biológicas e computadores que usam luz para calcular e processar dados.

Mas os lasers com modo bloqueado mais avançados ainda são sistemas de desktop extremamente caros e que exigem energia, limitados ao uso em laboratório. O objetivo da nova pesquisa é transformar isso em um sistema do tamanho de um chip que possa ser produzido em massa e implantado em campo. Os pesquisadores usaram uma plataforma de material emergente de niobato de lítio de película fina (TFLN) para moldar e controlar com precisão os pulsos de laser, aplicando-lhe sinais elétricos externos de radiofrequência. A equipe combinou o alto ganho do laser de semicondutores de classe III-V com as capacidades eficientes de modelagem de pulso dos guias de onda fotônicos em nanoescala TFLN para desenvolver um laser que emite uma potência de pico de alta saída de 0,5 watts.

Além de seu tamanho compacto, que é do tamanho da ponta de um dedo, o recém-demonstrado laser de modo bloqueado também exibe uma série de propriedades que os lasers tradicionais não conseguem alcançar, como a capacidade de ajustar com precisão a taxa de repetição do pulso de saída ao longo de um ampla faixa de 200 megahertz apenas ajustando a corrente da bomba. A equipe espera obter uma fonte de pente em escala de chip e com frequência estável por meio da poderosa reconfiguração do laser, que é crítica para a detecção de precisão. As aplicações práticas incluem a utilização de telemóveis para diagnosticar doenças oculares, ou para analisar E. coli e vírus perigosos nos alimentos e no ambiente, e para permitir a navegação quando o GPS está danificado ou indisponível.