Lasers de alto desempenho de última geração

A Deep Space Network (DSN) da NASA, uma espécie de sistema GPS para o espaço, depende de relógios atômicos para extrema precisão. Qualquer sistema de navegação moderno deve cronometrar com precisão os sinais de rádio para triangular um local. Mas a necessidade de precisão é ainda maior no espaço, onde grandes distâncias podem causar até mesmo pequenos erros.

Avanços feitos por Lute Maleki, ex-pesquisador do Jet Propulsion Laboratory da NASA em Pasadena, CA, e seus colegas do JPL para o espaço agora levaram a alguns dos lasers e osciladores mais refinados do mundo para aplicações como comunicações, telêmetros para carros autônomos, e campos emergentes como a computação quântica.

Na década de 1980, enquanto trabalhava para melhorar a tecnologia do relógio atômico para o DSN, Maleki estabeleceu o que ficou conhecido como grupo de Ciências e Tecnologias Quânticas do JPL para desenvolver novas capacidades usando a física quântica que governa as partículas mais elementares, como fótons ou átomos vibrantes. em um relógio. A equipe desenvolveu um tipo de relógio atômico melhor e mais acessível e também, pela primeira vez, enviou sinais de relógio atômico através de cabos de fibra óptica para antenas a quase 32 quilômetros de distância.

No início dos anos 1990, Maleki e outro membro de seu laboratório acabaram inventando um novo tipo de oscilador. “Ele tinha um problema de estabilidade que não conseguia resolver, e eu disse a ele para transformá-lo em um oscilador para resolvê-lo, e inventamos o oscilador optoeletrônico”, disse Maleki.

Os osciladores são cruciais não apenas para cronometragem, mas também para comunicações, onde permitem que dois ou mais dispositivos concordem com uma frequência precisa para enviar e receber informações. Enquanto todos os osciladores anteriores usavam uma corrente elétrica para gerar sua vibração, este usava luz laser. Desde então, o oscilador optoeletrônico tornou-se crítico para diversas aplicações, como radar, engenharia espacial e comunicações sem fio.

Para garantir uma frequência constante, no entanto, o oscilador precisa de um ressonador. Na época, isso geralmente era uma fibra óptica que poderia transportar um sinal de saída por uma boa distância – idealmente cerca de uma milha – e circulá-lo de volta, permitindo que o sistema acompanhasse sua própria frequência de saída e cancelasse o ruído, explicou Maleki. . Ele fez para um sistema volumoso.

Isso levou à sua segunda invenção fundamental:o uso de um ressonador óptico de modo de galeria sussurrante. Na época, a NASA tinha pouco uso para isso, mas Maleki estava confiante de que havia um mercado.

Ele fundou a OEwaves (o OE significa optoeletrônico) em 1999 com cerca de 30 patentes do trabalho de sua equipe na NASA, licenciadas pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia, que administra o JPL.

A empresa demorou um pouco para se firmar em um cenário tecnológico em constante mudança, mas seus produtos, que incluem os lasers semicondutores de menor ruído disponíveis, encontraram novos mercados se abrindo nos últimos anos. Uma delas está nas “estruturas inteligentes”, um conceito que existe há décadas, mas começa a ser colocado em prática, especialmente na Ásia. Sensores de fibra óptica embutidos em edifícios, pontes, ferrovias e outras estruturas podem detectar tensão ou deformação, mas isso requer lasers de baixo ruído para revelar pequenas variações no comprimento de onda.

Maleki disse que também espera um aumento da demanda nos mercados de celulares e comunicações, à medida que avançam para frequências mais altas, que transportam informações com mais eficiência, mas exigem fidelidade extremamente alta.

E em 2014, a OEwaves desmembrou uma empresa chamada Strobe Inc. para desenvolver a tecnologia Li-DAR para carros autônomos. Um sistema LiDAR usa sinais de laser refletidos para construir um mapa tridimensional de seus arredores, que muitas empresas de veículos autônomos consideram uma tecnologia facilitadora. A subsidiária da GM Cruise Automation comprou a Strobe em 2017.

Maleki disse que a mesma tecnologia que começou no JPL permitiu que Strobe desenvolvesse sistemas LiDAR pequenos e eficientes, capazes de mudar rapidamente a frequência – uma técnica chamada “chirping” – usando apenas o ressonador. O chilrear ajuda a medir a distância e a velocidade dos objetos ao redor. E todo o sistema poderia ser colocado em um circuito integrado fotônico, reduzindo ainda mais os custos.

Várias universidades e empresas também estão comprando os componentes do laser para pesquisar futuros dispositivos quânticos para comunicações, computação e outras aplicações.

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