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 ultrarrápidossobre nanofotônica. Este modo miniaturizado bloqueadolaseremite uma série de pulsos de luz coerentes ultracurtos em intervalos de femtossegundos (trilionésimos de segundo).

Modo ultrarrápido bloqueadolaserspode 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, a intensidade de pulso de pico e a ampla cobertura de espectro dos lasers de modo bloqueado também possibilitam muitas tecnologias de fótons, incluindo relógios atômicos ópticos, imagens biológicas e computadores que usam luz para calcular e processar dados.

Mas os lasers de modo bloqueado mais avançados ainda são sistemas de mesa extremamente caros e com alto consumo de energia, limitados ao uso em laboratório. O objetivo da nova pesquisa é transformá-los em um sistema do tamanho de um chip que possa ser produzido em massa e implantado em campo. Os pesquisadores utilizaram uma plataforma de material emergente de niobato de lítio de película fina (TFLN) para moldar e controlar com precisão os pulsos de laser, aplicando sinais elétricos de radiofrequência externos. A equipe combinou o alto ganho de laser dos 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 alta potência de pico de saída de 0,5 watts.

Além de seu tamanho compacto, que é do tamanho da ponta de um dedo, o laser de modo bloqueado recentemente demonstrado também apresenta 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 em uma ampla faixa de 200 megahertz apenas ajustando a corrente de bombeamento. A equipe espera obter uma fonte de pente com frequência estável e em escala de chip por meio da poderosa reconfiguração do laser, que é crucial para a detecção de precisão. Aplicações práticas incluem o uso de celulares para diagnosticar doenças oculares ou para analisar E. coli e vírus perigosos em alimentos e no meio ambiente, e para permitir a navegação quando o GPS estiver danificado ou indisponível.