Quando voce era criança, você pode ter usado uma lupa para focalizar a luz do sol em um ponto na calçada. A lente da lupa permitiu que você concentrasse a energia do sol convergindo os raios de luz em um ponto.

Diga, em vez de focar a luz do sol no solo, você queria focar a luz em um pedaço de papel. Então imagine que aquele pedaço de papel estava se movendo. Se você quiser manter o foco no papel, você pode mover a lente (a lupa) ou pode fazer o foco (a concentração da luz) se mover. Permitir que o foco se mova cria um conceito conhecido como foco voador.

Pela primeira vez, pesquisadores do Laboratório de Energia Laser da Universidade de Rochester (LLE) descobriram uma maneira de usar o foco de vôo para controlar melhor a intensidade dos lasers em distâncias mais longas. Sua técnica inclui capturar alguns dos filmes mais rápidos já gravados e tem o potencial de ajudar os pesquisadores a projetar a próxima geração de lasers de alta potência ou produzir fontes de luz com novos comprimentos de onda. A próxima geração de lasers de alta potência pode ser poderosa o suficiente para gerar partículas a partir do vácuo, enquanto as fontes de luz poderiam produzir novos feixes de terahertz para estudar materiais e moléculas complexas.

Os pesquisadores publicaram suas descobertas em um artigo em Nature Photonics .

"As pessoas podem ter produzido foco de vôo involuntariamente no passado, mas esta é a primeira vez que o foco voador foi reconhecido como uma forma útil de manipular a velocidade focal, "diz Dustin Froula, um cientista sênior no LLE e um professor assistente de física em Rochester.

O quadro superior mostra o que acontece quando você, por exemplo, use uma lupa para direcionar todas as cores da luz do sol - organizadas do azul (comprimentos de onda mais curtos) ao vermelho (comprimento de onda mais longo) - para um único ponto focal (a linha verde vertical). Todas as cores se concentrariam ali e parariam. O quadro inferior mostra o que acontece quando os pesquisadores usam uma lente de foco voadora para direcionar todas as cores de um feixe de laser, de azul para vermelho, permitindo que cada cor chegue a um ponto focal diferente. O azul focalizaria primeiro e, em seguida, esse foco voltaria para o vermelho. O foco não para, mas em vez disso se move.

"Isso acabou sendo superpoderoso, "Froula diz." O foco de vôo nos permite ter essa alta intensidade centenas de vezes a distância do que podíamos antes. No momento, estamos tentando fazer a próxima geração de lasers de alta potência e o foco no vôo pode ser essa tecnologia capacitadora. "

A técnica que os pesquisadores do LLE desenvolveram permite que eles realizem medições capturando filmes do ponto focal em movimento a uma taxa de um trilionésimo de quadro por segundo - um dos filmes mais rápidos já registrados.

Froula e seus colegas fizeram isso usando um laser de pulso curto e lentes difrativas, feito por Terry Kessler, líder do grupo de ciências ópticas e de imagem no LLE.

"Existem apenas algumas dessas lentes no mundo e três delas foram construídas no LLE por Terry e sua equipe há mais de 10 anos como parte do projeto OMEGA EP, "Froula diz." Nosso grupo de física de plasma decidiu projetar um experimento que medisse a propagação de um ponto focal em qualquer velocidade, incluindo 50 vezes a velocidade da luz. Isso exigia um diagnóstico que poderia fazer um filme com quadros em um trilionésimo de segundo. "

Froula diz que o apoio cooperativo da equipe de ciência do laser do LLE ajudou a alcançar essa façanha:"Os grupos interdisciplinares colaborativos do LLE possibilitaram que esse novo conceito se tornasse realidade e estão liderando avanços em muitas aplicações de plasma a laser."