Para domar o caos em poderosos lasers semicondutores, o que causa instabilidades, os cientistas introduziram outro tipo de caos.

Lasers semicondutores de alta potência são usados ​​no processamento de materiais, imagem biomédica e pesquisa industrial, mas a luz emitida que eles produzem é afetada por instabilidades, tornando-o incoerente.

As instabilidades no laser são causadas por filamentos ópticos; estruturas leves que se movem aleatoriamente e mudam com o tempo, causando caos. Remover essas instabilidades tem sido uma meta da física, mas as estratégias anteriores para reduzir os filamentos geralmente envolviam a redução da potência do laser.

Isso significa que não pode mais ser usado para muitas aplicações práticas de alta potência, como no cinema a laser ultrabright 3-D ou como elementos em sistemas de laser extremamente brilhantes usados ​​em reatores de fusão.

Em vez de, os pesquisadores tiveram que escolher entre um laser semicondutor poderoso com baixa qualidade de saída e um laser coerente, mas muito menos poderoso.

Agora, uma equipe de pesquisa do Imperial College London, Universidade de Yale, A Nanyang Technological University e a Cardiff University criaram uma nova solução.

Sua técnica, publicado hoje em Ciência , usa o 'caos quântico' para evitar os filamentos de laser, que levam às instabilidades, de formar em primeiro lugar. Ao criar o caos quântico (onda) na cavidade usada para criar o laser, o próprio laser permanece estável.

Professor Ortwin Hess, do Departamento de Física do Imperial, contribuiu muito da teoria, simulação e interpretação do novo sistema. Ele disse:"A forma como os filamentos ópticos, que causam as instabilidades do laser, O controle de crescer e resistir é, para o laser, um pouco como o comportamento indisciplinado dos tornados. Uma vez que eles se formam, eles se movem caoticamente, causando destruição em seu rastro.

"Contudo, é mais provável que os tornados se formem e se movam por terras planas. Por exemplo, na América, eles se formam com freqüência na bela Oklahoma, mas não com tanta freqüência na montanhosa West Virginia. As colinas parecem ser uma diferença fundamental - elas evitam que tornados sejam capazes de se formar ou se mover.

"Do mesmo jeito, criando uma paisagem óptica "montanhosa" dentro de nossos lasers usando o caos quântico, não permitimos que os filamentos - nossos tornados ópticos - se formem ou cresçam fora de controle. "

O sistema laser, fabricado na Universidade Tecnológica de Nanyang em Cingapura, foi comprovado experimentalmente na Universidade de Yale. A equipe agora está trabalhando para explorar ainda mais e adaptar a emissão de luz, como melhorar a direcionalidade do laser.

Eles dizem, no entanto, que o avanço já deve permitir que os lasers semicondutores trabalhem com maior potência e alta qualidade de emissão, e que a mesma ideia poderia ser aplicada a outros tipos de lasers.

Os lasers emitem luz coerente que pode ser focada em um feixe estreito. Para produzir e amplificar a luz, é rebatido em torno de uma cavidade por meio de materiais de ganho especiais. Contudo, quando grandes lasers semicondutores são ligados, esse salto para frente e para trás cria filamentos - seções de luz que rapidamente começam a agir caoticamente.

Para criar um tipo diferente de caos - a paisagem caótica quântica - a equipe projetou uma nova forma de cavidade para o laser. A maioria das cavidades tem forma cubóide, mas usando uma cavidade em forma de D, a equipe foi capaz de induzir o caos quântico na luz refletida.

Este caos quântico atua em uma escala menor do que o comprimento de onda da luz, criando as 'colinas' ópticas que ajudam a dissipar os 'tornados' ópticos.

Professor Hui Cao, da Yale University, disse:"Usamos cavidades caóticas ou desordenadas para interromper a formação de estruturas auto-organizadas, como filamentos que levam a instabilidades."

A equipe obteve informações sobre os processos e formas de cavidades que provavelmente criarão esse tipo de caos quântico a partir de teorias e experimentos em nanofotônica e nanoplasmônica - estudando luz e metais em escalas de bilionésimos de metro.

O professor Hess acrescentou:"Tenho trabalhado com dinâmica espaço-temporal e quântica em lasers desde meu Ph.D., por isso é gratificante voltar a ele agora com o conhecimento adquirido com a nanofotônica e a nanoplasmônica.

"A relação também funciona no sentido inverso - com sistemas como este, podemos oferecer novos insights sobre nanofotônica e nanoplasmônica, e unir as comunidades da nanociência e do laser. "