Você gostaria de capturar uma transformação química dentro de uma célula viva? Ou talvez revolucionar a produção de microchips ao imprimir caminhos em uma camada que tem uma espessura de apenas 100 nanômetros? Esses e muitos outros objetivos podem agora ser alcançados com o mais recente laser de femtosegundo criado por uma equipe de cientistas liderada pelo Dr. Yuriy Stepanenko.

Nos dias de hoje, existe uma infinidade de fontes de luz laser. Cada um deles tem suas características e aplicações diferentes, como observar estrelas, tratando doenças, e micro-usinagem de superfície. "Nosso objetivo é desenvolver novos, "diz Yuriy Stepanenko, chefe da equipe de Técnicas de Laser Ultra-rápido do Instituto de Físico-Química da Academia Polonesa de Ciências. "Lidamos com fontes que produzem pulsos ultracurtos de luz. Realmente muito, muito curto - pulsos de femtossegundos (que é uma parte de um segundo com 15 zeros após a vírgula decimal). Esta é a escala em que, por exemplo, reações químicas intracelulares ocorrem. Vê-los, temos que "tirar uma foto" neste curto espaço de tempo. E graças ao novo laser, podemos fazer exatamente isso.

"Também podemos usar nossa fonte para a remoção muito precisa de materiais de várias superfícies sem destruí-los, "diz o cientista." Poderíamos, por exemplo, limpe a Mona Lisa usando este método sem danificar as camadas de tinta. Nós apenas removeríamos poeira e sujeira, uma camada de cerca de 10 nanômetros de espessura, "explica o Dr. Stepanenko, um dos autores de um estudo publicado recentemente no Journal of Lightwave Technology.

"Mas para este tipo de trabalho, nosso laser é ainda muito preciso, "observa o Dr. Bernard Piechal, co-autor da publicação. "Por esta, você só precisa de pulsos de nanossegundos, ou seja, pulsos que duram mil vezes mais. O último, Contudo, não seria capaz de, por exemplo, desenhe caminhos de profundidades precisamente planejadas em materiais ultrafinos, por exemplo. remoção do ouro pulverizado em microchips com ajuste preciso da espessura da camada a ser removida. Mas nosso laser pode fazer isso! Ele também pode fazer orifícios em vidro temperado ou placas de silício ultrafinas. Nessas condições, um laser de nanossegundos derreteria o silício ou "quebraria" o vidro porque produz muito calor. Muita energia está concentrada localmente em uma área muito pequena. O nosso funciona com firmeza, mas com cuidado, "sorri Dr. Stepanenko.

Como esse efeito foi alcançado?

"Queríamos que nossa fonte atendesse a duas condições:deveria ser suscetível a distúrbios mecânicos o menos possível, e era para ser móvel, "explica o Dr. Piechal." Não queríamos criar um enorme, estrutura estacionária. "

Lasers de fibra ótica vieram em socorro da equipe. "Esse tipo de laser é basicamente uma fibra óptica envolta em um anel. O pulso de laser corre dentro dele sem ser exposto a distúrbios mecânicos. A fibra óptica pode ser tocada, mudou-se, mesmo agitado sem comprometer a estabilidade do pulso. Claro, se a luz apenas circulasse em um círculo como este, seria inútil, então parte desse impulso é direcionado para fora do loop em um lugar na forma de flashes úteis, "explica o Dr. Stepanenko.

Aqui chegamos a outro parâmetro importante desse tipo de laser pulsado:a frequência com que os pulsos aparecem na saída. Em projetos convencionais, essa frequência depende do comprimento do loop de fibra óptica no qual o pulso viaja. Seu comprimento prático é de várias dezenas de metros. O que é bastante, não é? E se quiséssemos que flashes de luz aparecessem com a maior freqüência possível? Isso pode ser feito reduzindo a circunferência do anel através do qual o pulso viaja. Só que esse tipo de ação tem seus limites. "Em nossos lasers, o menor loop dá pulsos a cada 60 nanossegundos, que ainda é muito lento para nossos desejos, "explica o pesquisador. Como essa frequência pode ser acelerada? É aí que entra a nova invenção da equipe do IPC PAS:um sistema que permite que a frequência básica seja duplicada como se estivesse criando frequências harmônicas na frequência básica de um violão fragmento.

"Usamos o chamado bloqueio de modo harmônico, "explica o Dr. Stepanenko." O que é inovador em nosso design é que somos capazes de alternar essa taxa de repetição de forma controlada e selecionar apenas um dos harmônicos possíveis, aquele de que precisamos. Você poderia dizer que somos como um guitarrista - em uma corda aberta, ou seja, nosso loop de fibra, obtemos uma frequência específica resultante de seu comprimento. Quando colocamos nosso dedo exatamente no meio da corda, obtemos o chamado segundo harmônico. O tom aumenta uma oitava e a frequência de vibração dobra. Se colocarmos nosso dedo em 1/3 do comprimento da corda, obtemos uma frequência igual a três vezes maior do que na corda aberta. No nosso caso, aumentamos a frequência dos pulsos girando o botão. Só podemos fazer isso em etapas, cada vez obtendo outro harmônico, assim como os harmônicos na guitarra mudam em etapas, mas o intervalo é bastante grande:podemos mudar nossos harmônicos de luz de 2 a 19 vezes acima da frequência básica, ou seja, atingir uma frequência de pulsos de até pouco mais de 300 MHz.

É extremamente importante que as frequências obtidas sejam estáveis ​​e possam ser distinguidas com precisão. Se escolhermos um harmônico, todos os outros serão tão amortecidos que seu "volume" será cerca de 10 milhões de vezes menor do que o escolhido. Pode-se dizer que estamos gerando um som puro e eliminando todo o ruído de fundo. Além disso, quanto maior a frequência, melhor será definido. "Somos os primeiros a fazer isso tão bem, "diz com orgulho o pesquisador.

Resta-nos esperar que a invenção seja implementada em mais aplicações industriais. Talvez signifique laptops ainda mais finos e leves para nós ou um melhor conhecimento do que está acontecendo dentro do corpo humano.