Modulador de Luz Universal: Arquitetura de Laser Inovadora para Controle Preciso da Matéria

Visão Geral

• Pesquisadores desenvolvem uma nova arquitetura de laser chamada modulador de luz universal para sondar e controlar matéria.
• Pode ser um ponto de virada para todas as principais aplicações fotônicas que requerem alta potência.

Lasers são usados para vários propósitos, incluindo alinhar materiais, apontar objetos durante uma apresentação, e por médicos para procedimentos cosméticos e cirúrgicos. Muitas coisas que você vê no dia a dia são baseadas em tecnologias a laser, como leitor de código de barras, drives de disco óptico, fibra óptica, corte e soldagem de materiais, display de iluminação a laser em entretenimento, e mais.

Lasers têm capacidades incríveis para impulsionar, controlar e sondar matéria com precisão usando diferentes metodologias. Embora funcionem principalmente nos bastidores, lasers são a espinha dorsal da ciência e tecnologia avançadas. Em 2018, o Prêmio Nobel de Física foi dado a uma tecnologia a laser revolucionária, Pinças Ópticas, uma técnica para prender nanopartículas entre dois feixes de laser.

Recentemente, pesquisadores do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC e da Universidade Stanford desenvolveram uma nova arquitetura de laser para sondar e controlar matéria. Estão chamando de modulador de luz universal.

Laser Pode Incorporar Estruturas Sofisticadas

Como o laser emite luz coerentemente, ele pode incorporar uma estrutura muito mais complexa que qualquer outra fonte de luz em termos de intensidade e distribuição eletromagnética. Por exemplo, poderia ter distribuições de intensidade tridimensionais únicas (um coador óptico ou um cone de waffle), ou feixes vetoriais cilíndricos.

Devido a essas habilidades, o modulador de luz universal tem potencial para abrir novas portas para aplicações avançadas de fotônica. Atualmente, não há muitos métodos confiáveis disponíveis para produzir estruturas de luz complexas, tornando difícil explorar a capacidade de programar ou projetar tais estruturas.

Referência: The Optical Society

Isso só é feito por instrumentos externos como moduladores espaciais de luz usados em projetores. No entanto, esses instrumentos vêm com limitações de potência de pico e potência média, e podem estourar facilmente, sem atingir aplicações que requerem níveis de potência significativos.

A nova arquitetura de laser evita esta limitação de potência sem afetar a capacidade de produzir estruturas de luz arbitrárias. Os pesquisadores desenvolveram uma funcionalidade inovadora para projetar feixes na própria arquitetura do laser. Isso cumpre os dois requisitos principais: estrutura de luz e escalonamento de potência.

Eles usaram feixes compostos para construir estes pulsos de luz programáveis. Você pode pensar nisso como um feixe de laser feito de vários feixes menores em forma de favo de mel, cada um dos quais pode ser controlado independentemente, apesar de todos serem coerentes entre si.

Eles podem 'divulgar' informação uns aos outros, incluindo seu estado e respectiva relação. Se todos os feixes estiverem sincronizados, juntos podem produzir qualquer estrutura.

Aplicações

O modulador de luz universal é extremamente valioso dentro de sistemas ultrarrápidos (em escalas de tempo de femtossegundos e ainda menores): pode dar origem a uma nova maneira de pensar sobre como luzes com estruturas sofisticadas podem ser usadas para impulsionar empreendimentos tecnológicos. Pode ser um ponto de virada para todas as principais aplicações fotônicas que requerem alta potência, micro-usinagem nano, armadilhas ópticas, telecom de fibra óptica e ciências de prótons ultrarrápidas.

Pesquisadores agora estão tentando utilizar estas fontes de luz para controlar feixes de elétrons viajando à velocidade da luz. Isso os ajudaria a criar novos tipos de fontes de raios-X e elétrons, e imprimir a estrutura de luz nos raios-X e elétrons.

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Também planejam explorar numerosos esforços paralelos. A primeira coisa é integrar mais feixes e atualizar o modulador para potência muito maior. Segundo, examinarão como converter feixes de femtossegundos em outros comprimentos de onda usando métodos de conversão não linear, que produziriam luz estruturada com composição hiperspectral e auto-sincronização natural, ou com multi-cores.