Ferramenta revolucionária permite medições precisas a laser de femtossegundos

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A configuração do laboratório para uma nova ferramenta que pode medir lasers de femtossegundos. (Imagem:Universidade de Lund)
Pulsos de laser ultracurtos – que são mais curtos que um milionésimo de milionésimo de segundo – transformaram a ciência fundamental, a engenharia e a medicina. Apesar disso, a sua duração ultracurta tornou-os elusivos e difíceis de medir. Há cerca de dez anos, investigadores da Universidade de Lund e da Universidade do Porto introduziram uma ferramenta para medir a duração do pulso de lasers ultrarrápidos. A mesma equipe alcançou agora um avanço que permite a medição de pulsos de laser individuais em uma faixa mais ampla de parâmetros em uma configuração mais compacta.

"As medições padrão atuais para lasers de femtossegundos, normalmente usados na indústria e na medicina, fornecem apenas uma estimativa da duração do pulso. Nossa abordagem fornece uma medição mais completa e pode contribuir para liberar todo o potencial da tecnologia de laser ultrarrápido, "disse Daniel Díaz Rivas, estudante de doutorado em Física Atômica na Universidade de Lund.

O conceito de pulsos de femtossegundos é difícil de entender para a maioria de nós. No entanto, eles são usados ​​para uma ampla gama de aplicações diárias, desde cirurgia ocular até microusinagem na indústria. Os pulsos de laser extremamente curtos podem até investigar os processos mais rápidos da natureza, como a transferência de energia na fotossíntese e a dinâmica eletrônica.

Embora tenham sido cada vez mais utilizados, a medição precisa da forma e duração dos pulsos continua a ser uma tarefa difícil. Os instrumentos eletrônicos são muito lentos, razão pela qual os pesquisadores recorreram a métodos ópticos.

Os métodos atuais são limitados

No entanto, estes tipos de técnicas ópticas normalmente requerem múltiplas medições numa sequência de varrimento. Isto os torna inadequados para capturar pulsos individuais em tempo real.

Versões de disparo único surgiram para caracterizar pulsos muito curtos comumente usados na ciência fundamental - mas lutam com pulsos mais longos, mais comumente usados em aplicações industriais e médicas. As limitações estão relacionadas à complexidade de esticar suficientemente os pulsos dentro de uma configuração óptica compacta.

Pesquisadores da Universidade de Lund desenvolveram agora uma maneira compacta e elegante de esticar pulsos de laser ultrarrápidos usando um princípio óptico simples. Ao enviar um feixe de laser pulsado através de uma rede de difração – um componente que separa espacialmente a luz em suas cores – e gerar imagens da rede com uma combinação de lentes, eles podem controlar com precisão a duração do pulso através do feixe de laser.

Esta abordagem permite que os pulsos de femtossegundos sejam alongados em mais de dez vezes em uma configuração óptica compacta.

Isto permite a caracterização completa em um único disparo, sem a necessidade de elementos ópticos de pré-compensação. O resultado deste trabalho é uma técnica versátil que pode funcionar com durações de pulso que variam de alguns femtossegundos a centenas, abrangendo assim aplicações científicas, industriais e médicas. Ele abre a porta para o monitoramento em tempo real de pulsos individuais, algo anteriormente fora do alcance de muitas plataformas de laser.

Olhando para frente

Além da caracterização de pulsos, este princípio óptico pode ser aplicado para moldar as propriedades espaço-temporais dos pulsos de luz e explorar diferentes maneiras de estudar as interações luz-matéria.

“À medida que os lasers ultrarrápidos continuam a impulsionar a inovação na ciência e na tecnologia, ferramentas como esta serão fundamentais para ultrapassar os limites da precisão e da compreensão”, conclui Cord Arnold, professor sénior de Física Atómica na Universidade de Lund.

Este artigo foi escrito pela Universidade de Lund. Para mais informações, entre em contato com Daniel Diaz Rivas, Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você precisa ter o JavaScript habilitado para visualizá-lo.

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