Em seu nível mais básico, um laser aleatório é precisamente o que seu nome indica; aleatória. É aleatório no espectro de luz que produz e na forma como a luz é emitida, fazendo o que poderia ser uma fonte de laser extremamente versátil, quase inútil para a maioria das aplicações práticas.

Então, como você controla parte da aleatoriedade para fazer dispositivos úteis? É uma questão que levou uma equipe de pesquisadores da Universidade do Novo México a uma descoberta que está levando a tecnologia de laser para o próximo nível.

"Tem sido incrível ver como este projeto progrediu, "disse Behnam Abaie, um Ph.D. estudante do Centro de Materiais de Alta Tecnologia da UNM (CHTM). "Quando comecei a trabalhar com o professor [Arash] Mafi, Eu sabia que esse projeto tinha potencial para ser muito bem-sucedido, mas nunca esperei isso. "

Abaie é o primeiro autor do artigo, 'Lasing aleatório em uma fibra óptica de localização de Anderson', publicado recentemente em Nature's Light:Science &Applications. O artigo fornece uma análise técnica de como a equipe de pesquisa, liderado pelo Diretor Interino da CHTM, Arash Mafi, é capaz de controlar de forma confiável esses extremamente poderosos, mas anteriormente incontrolável, lasers.

"Nosso sucesso em ser capaz de controlar esses lasers aleatórios aborda problemas de décadas que impediram esses lasers de se tornarem dispositivos convencionais, "disse Mafi, que também é professor associado do Departamento de Física e Astronomia da UNM. "É uma contribuição muito emocionante."

Os lasers tradicionais consistem em três componentes principais:uma fonte de energia, ganho médio e cavidade óptica. A fonte de energia é fornecida através de um processo denominado 'bombeamento' e pode ser fornecida através de uma corrente elétrica ou outra fonte de luz. Essa energia então passa pelo meio de ganho que contém propriedades que amplificam a luz. A cavidade óptica - um par de espelhos de cada lado do meio de ganho - reflete a luz para frente e para trás através do meio, amplificando-o a cada vez. O resultado é um direcionado, intenso feixe de luz chamado laser.

Lasers aleatórios, por comparação, executar usando uma bomba, um meio de ganho altamente desordenado, mas sem cavidade óptica. Eles são extremamente úteis devido à sua simplicidade e amplas características espectrais, o que significa que um único laser aleatório pode produzir um feixe de luz contendo múltiplos espectros, uma propriedade muito benéfica para certas aplicações como imagens biomédicas. Contudo, dada sua natureza, lasers aleatórios são difíceis de controlar de forma confiável devido à sua saída multidirecional e flutuação caótica.

A equipe UNM, em colaboração com pesquisadores da Clemson University e da University of California San Diego, conseguiu superar esses obstáculos de maneira eficiente - uma vitória que eles esperam que continue a impulsionar o uso de lasers aleatórios.

"Nosso dispositivo tem todas as grandes qualidades de um laser aleatório, além da estabilidade espectral e é altamente direcional, "disse Mafi." É um desenvolvimento maravilhoso. "

Os pesquisadores são capazes de alcançar esses resultados por meio da fabricação e uso de uma fibra óptica de localização Anderson de vidro exclusiva. A fibra é feita de um 'quartzo acetinado', um vidro artesanal extremamente poroso que normalmente só é usado para calibrar o maquinário que puxa as fibras ópticas. Quando puxado em longas hastes, o material poroso forma dezenas de canais de ar microscópicos em cada fibra.

"O vidro que usamos para essas fibras ópticas é, na verdade, um material que normalmente jogaríamos fora porque é muito poroso, "disse Abaie." Mas, são esses orifícios no vidro que estão criando os canais que controlam o laser. "

Uma vez preenchido com um meio de ganho e bombeado usando um laser verde de uma única cor, o laser aleatório se torna menos aleatório e altamente controlável, graças a um fenômeno conhecido como Localização de Anderson.

"Ainda há muito o que aprender sobre a localização do Anderson, mas é empolgante para nós fazer parte desse desenvolvimento, "disse Mafi." Para ser capaz de realmente fazer dispositivos que utilizem este fenômeno, está levando a ciência a outro nível. "

Mafi e sua equipe de pesquisa são alguns dos principais especialistas em localização de Anderson. Em 2014, eles publicaram um artigo em um dispositivo diferente capaz de transmitir imagens usando o fenômeno. Essa pesquisa foi considerada uma das dez maiores descobertas do ano do mundo da física.

Seguindo em frente, Mafi diz que espera ampliar o espectro deste novo dispositivo e torná-lo mais eficiente, criando uma fonte de iluminação de amplo espectro que pode ser utilizada em todo o mundo.