Micro lasers unidirecionais com efeito de “galerias sussurrantes” já são realidade

Como a atenuação da luz é mínima dentro destes discos lisos, eles funcionam como ressonadores para os menores lasers do mundo.

taniager

14 Dezembro 2010 | 12h01

O novo micro laser usa um ressonador elíptico com um entalhe na borda, do porte de comprimento de onda (visto no canto superior direito), para criar raios unidirecionais (canto inferior esquerdo). Crédito: Universidade de Harvard.

O novo micro laser usa um ressonador elíptico com um entalhe na borda, do porte de comprimento de onda (visto no canto superior direito), para criar raios unidirecionais (canto inferior esquerdo). Crédito: Universidade de Harvard.

Utilizando um fenômeno de um século de idade descoberto na Catedral de São Paulo, Londres, cientistas na Universidade de Harvard em colaboração com pesquisadores japoneses demonstraram, pela primeira vez, micro lasers unidirecionais altamente paralelos.

Mais de um século atrás, o cientista britânico Lord Rayleigh questionou como duas pessoas em pé situadas em lados opostos da Cúpula na Catedral de São Paulo podiam ouvir uma a outra ao sussurrar em direção à parede circular. Ele descobriu que o som saia ao longo da superfície lisa da parede com atenuação insignificante devido à dispersão ou absorção.

Aproveitando-se deste conceito, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Harvard realizou uma experiência com raios de luz de micro lasers refletidos em minúsculos discos. Como a atenuação da luz é mínima dentro destes discos lisos, eles funcionam como ressonadores para os menores lasers do mundo. No entanto, os micro lasers apresentaram um problema não solucionado para aplicações práticas: as emissões de raios de luz não eram  unidirecionais e sua potência óptica era insignificante.

O efeito apelidado de “modo de galeria sussurrante” prende os raios e não permite que eles ultrapassem os limites do disco. Os pesquisadores tentaram então solucionar o problema deformando os discos, mas os resultados foram desanimadores.

Ao modelar os micro lasers em forma de elipse com um entalhe esculpido fora de sua borda, a equipe de Federico Capasso conseguiu com que o “modo de galeria sussurrante” cíclico escapasse eficientemente para fora do entalhe e  emergisse  como feixes de luz quase paralelos dos micro lasers.

Os protótipos são lasers de cascata quânticos que emitem uma potência óptica de 5 mili watts a um comprimento de luz de 10 mícrones. O desempenho do micro laser é insensível aos detalhes do entalhe, tornando o projeto deste dispositivo muito robusto.

Segundo o coautor Masamichi Yamanishi, do Laboratório Central de Pesquisas em Hamamatsu no Japão, “a realização bem sucedida destes micro lasers robustos e estruturados de forma simples a partir da fabricação padronizada com base em camadas faz com que seja possível utilizar pequenas quantidades de fontes de luz direcionais em muitos aplicativos importantes como circuitos integrados fotônicos com integração em escala de chip de alta densidade, comunicações ópticas, sensores médicos ou biológicos e ‘lab-on-a-chip’.