No último meio século, a tecnologia a laser cresceu e se tornou uma indústria global de vários bilhões de dólares e tem sido usada em tudo, desde unidades de disco óptico e leitores de código de barras a equipamentos cirúrgicos e de soldagem.

Sem falar nos ponteiros laser que divertem e confundem o seu gato.

Agora, os lasers estão prontos para dar mais um passo em frente:Pesquisadores da Case Western Reserve University, em colaboração com parceiros em todo o mundo, foram capazes de controlar a direção do feixe de saída de um laser aplicando voltagem externa.

É uma história inédita entre os cientistas que têm experimentado o que eles chamam de "lasers aleatórios" nos últimos 15 anos ou mais.

"Ainda há muito trabalho a fazer, mas esta é uma primeira prova clara de um laser aleatório de transistor, onde a emissão de laser pode ser direcionada e dirigida pela aplicação de uma tensão externa, "disse Giuseppe Strangi, professor e pesquisador de Ohio em superfícies de materiais avançados na Case Western Reserve University.

Strangi, quem liderou a pesquisa, e seus colaboradores recentemente descreveram suas descobertas em um artigo publicado na revista Nature Communications . O projeto, financiado pela Academia Nacional de Ciências da Finlândia, teve como objetivo superar certas limitações físicas intrínsecas a essa segunda geração de lasers.

Sucessos do laser, limitações do laser

A história da tecnologia de laser foi acelerada, pois a fonte única de luz revolucionou praticamente todas as áreas da vida moderna, incluindo telecomunicações, biomedicina e tecnologia de medição.

Mas a tecnologia de laser também foi prejudicada por deficiências significativas:os usuários não apenas precisam manipular fisicamente o dispositivo que projeta a luz para mover um laser, mas para funcionar, eles exigem um alinhamento preciso de componentes, tornando-os caros de produzir.

Essas limitações poderiam ser eliminadas em breve:Strangi e parceiros de pesquisa na Itália, A Finlândia e o Reino Unido demonstraram recentemente uma nova maneira de gerar e manipular luz laser aleatória, inclusive em escala nano.

Eventualmente, isso pode levar a um procedimento médico a ser conduzido com mais precisão e menos invasivo ou redirecionar uma linha de comunicação de fibra óptica com o toque de um dial, Strangi disse.

Lasers 'aleatórios' melhorados

Então, como os lasers realmente funcionam?

Os lasers convencionais consistem em uma cavidade óptica, ou abrindo, em um determinado dispositivo. Dentro dessa cavidade está um material fotoluminescente que emite e amplifica a luz e um par de espelhos. Os espelhos forçam os fótons, ou partículas de luz, para saltar para frente e para trás em uma frequência específica para produzir o feixe de laser vermelho que vemos emitindo do laser.

"Mas e se quiséssemos miniaturizá-lo e nos livrar dos espelhos e fazer um laser sem cavidade e descer à nanoescala?" ele perguntou. "Esse era um problema no mundo real e por que não poderíamos ir mais longe até a virada deste século com lasers aleatórios."

Então, lasers aleatórios, que foram pesquisados ​​a sério nos últimos 15 anos, diferem da tecnologia original revelada pela primeira vez em 1960 principalmente por não dependerem dessa cavidade espelhada.

Em lasers aleatórios, os fótons emitidos em muitas direções são, em vez disso, transformados por luz brilhante em um meio de cristal líquido, guiando as partículas resultantes com aquele feixe de luz. Portanto, não há necessidade de grandes, estrutura espelhada exigida em aplicativos tradicionais.

A onda resultante - chamada de "soliton" por Strangi e os pesquisadores - funciona como um canal para os fótons dispersos seguirem, agora em ordem, caminho concentrado.

Uma maneira de entender como isso funciona é imaginar uma versão de partículas de luz das "ondas solitárias" que os surfistas (e os peixes de água doce) podem surfar quando os rios e a maré do oceano colidem em certos estuários, Strangi disse.

Finalmente, as pesquisas atingem o cristal líquido com um sinal elétrico, que permite ao usuário "dirigir" o laser com um dial, em oposição a mover toda a estrutura.

Esse é o grande desenvolvimento desta equipe, Strangi disse.

"É por isso que o chamamos de 'transistor, 'porque um sinal fraco (o soliton), controla um forte - a saída do laser. "Strangi disse." Lasers e transistores foram as duas tecnologias líderes que revolucionaram o século passado, e descobrimos que ambos estão interligados no mesmo sistema físico "

Os pesquisadores acreditam que seus resultados aproximarão os lasers aleatórios de aplicações práticas em espectroscopia (usada em química física e analítica, bem como em astronomia e sensoriamento remoto), várias formas de digitalização e procedimentos biomédicos.