Uma inovação revolucionária na medição de lasers pode medir mudanças de um milionésimo do tamanho de um átomo e pode revolucionar seu uso em tecnologias quânticas e cuidados de saúde graças a novos, tecnologia de baixo custo.

Uma equipe da Universidade de St Andrews e da empresa britânica M Squared Lasers usou o princípio de dispersão aleatória de luz para criar uma nova classe de medidor de onda a laser que atravessa um teto de vidro na forma como o comprimento de onda é medido.

Os medidores de onda são usados ​​em muitas áreas da ciência para identificar o comprimento de onda (ou seja, a cor) da luz. Todos os átomos e moléculas absorvem luz em comprimentos de onda muito precisos, portanto, a capacidade de identificá-los e manipulá-los em alta resolução é importante em diversos campos que vão desde a identificação de amostras biológicas e químicas ao resfriamento de átomos individuais a temperaturas mais frias do que as profundezas do espaço sideral

Ondas, sejam ondas de água ou ondas de luz, interagir por meio de interferência:às vezes, duas ondas atingem um pico ao mesmo tempo e local e o resultado é uma onda mais alta, mas também é possível que o pico de uma onda encontre o vale de outra, resultando em uma onda menor. A combinação desses efeitos produz um padrão de interferência.

Os medidores de onda convencionais analisam as mudanças no padrão de interferência produzido por delicadas montagens de componentes ópticos de alta precisão. Os instrumentos mais baratos custam centenas ou milhares de libras, e na maioria das pesquisas diárias, o uso custa dezenas de milhares.

Em contraste, a equipe percebeu um dispositivo robusto e de baixo custo que supera a resolução de todos os medidores de onda disponíveis no mercado. Eles fizeram isso lançando luz laser dentro de uma esfera de 5 cm de diâmetro que havia sido pintada de branco, e registrar imagens da luz que escapa por um pequeno orifício. O padrão formado pela luz é incrivelmente sensível ao comprimento de onda do laser.

O Dr. Graham Bruce da Escola de Física e Astronomia explica:

"Se você pegar um apontador laser, e brilhe através de fita adesiva ou em uma superfície áspera como uma parede pintada, em uma inspeção mais próxima da superfície iluminada, você verá que o ponto em si parece granulado ou salpicado, com manchas claras e escuras. Este chamado 'padrão pontilhado' é o resultado da interferência entre as várias partes do feixe que são refletidas de forma diferente pela superfície rugosa.

"Este padrão pontilhado pode parecer de pouca utilidade, mas na verdade o padrão é rico em informações sobre o laser de iluminação.

"O padrão produzido pelo laser através de qualquer meio de dispersão é, na verdade, muito sensível a uma mudança nos parâmetros do laser e é disso que usamos."

A descoberta, que foi publicado na prestigiosa revista Nature Communications , abre uma nova rota para medição de ultra-alta precisão do comprimento de onda do laser, realizando uma precisão de quase uma parte em três bilhões, que é cerca de 10 a 100 vezes melhor do que os dispositivos comerciais atuais.

Essa precisão permitiu que a equipe medisse pequenas mudanças no comprimento de onda abaixo de 1 femtômetro:equivalente a apenas um milionésimo do diâmetro de um único átomo.

Eles também mostraram que essa medição sensível poderia ser usada para estabilizar ativamente o comprimento de onda do laser.

No futuro, a equipe espera demonstrar o uso de tais abordagens para aplicações de tecnologia quântica no espaço e na Terra, bem como medir a dispersão de luz para estudos biomédicos em um novo, maneira barata.

O professor Kishan Dholakia da Escola de Física e Astronomia disse:

"Este é um esforço de equipe empolgante para o que acreditamos ser um grande avanço no campo. É uma prova da forte cooperação indústria-universidade do Reino Unido e links para futuras oportunidades comerciais com tecnologias quânticas e de saúde."