p Os físicos russos desenvolveram um método para estreitar drasticamente o espectro de emissão de um laser de diodo comum, assim em um apontador laser. Isso torna seu dispositivo um substituto útil para os lasers de frequência única mais complexos e caros, permitindo a criação de analisadores químicos compactos que podem caber em smartphones, lidars baratos para carros autônomos, bem como sistemas de monitoramento de segurança e integridade estrutural em pontes, gasodutos e outros locais. O estudo foi publicado em 26 de outubro em Nature Photonics e foi co-autoria de pesquisadores do Russian Quantum Center (RQC), o Instituto de Física e Tecnologia de Moscou (MIPT), Lomonosov Moscow State University (MSU), e o Samsung R&D Institute Russia. p “Este trabalho tem dois resultados principais, "disse o autor principal do jornal, RQC Scientific Director Michael Gorodetsky, que também é professor MSU. "Primeiro, serve para mostrar que você pode fazer um laser de largura de linha estreita barato que seja de frequência única, mas altamente eficiente e compacto. Em segundo lugar, o mesmo sistema praticamente sem modificações pode ser usado para gerar combs de frequência óptica. Portanto, pode ser o componente central de um analisador químico espectroscópico. "

p As aplicações dos lasers são muitas. Entre eles estão a cirurgia ocular a laser, miras a laser e comunicação de fibra óptica. Um dos principais usos dos lasers é a espectroscopia, que mede a composição química precisa de praticamente qualquer coisa.

p A chamada técnica de pente de frequência óptica é a base da espectroscopia baseada em laser, iniciado pelos ganhadores do Prêmio Nobel de Física em 2005, John Hall dos EUA e Theodor Hänsch da Alemanha. Os dois desenvolveram um dispositivo a laser que gera radiação óptica em 1 milhão de frequências extremamente estáveis. A radiação no meio de ganho de tais lasers "ricocheteia" entre espelhos e é finalmente emitida como uma seqüência contínua de breves pulsos de luz de um milhão de cores diferentes. Cada pulso dura meros femtossegundos - milionésimos de um bilionésimo de segundo. O espectro de emissão de tal laser consiste em um grande número de linhas espectrais estreitas uniformemente espaçadas, os "dentes" do pente óptico.

p Um pente de frequência de laser óptico pode ser usado como uma "régua" para medir com precisão a frequência da luz e, portanto, fazer medições espectrométricas precisas. Outras aplicações incluem navegação por satélite, tempo preciso de transferência de dados, e o método da velocidade radial para detectar planetas extrasolares.

p Os pesquisadores descobriram uma maneira mais fácil de gerar pentes de frequência, que depende de microrressonadores ópticos. Estes são componentes transparentes em forma de anel ou disco. Em virtude da não linearidade de seu material, eles transformam a radiação de laser da bomba em um pente de frequência, também conhecido como microcombina.

p "Microrressonadores ópticos com modos de galeria sussurrante foram propostos pela primeira vez na Faculdade de Física da MSU em 1989. Eles oferecem uma combinação única de tamanho submilímetro e um fator de qualidade imensamente alto, "explicou o co-autor do estudo, O aluno de doutorado do MIPT, Nikolay Pavlov. "Os microrressonadores abrem caminho para a geração de pentes ópticos em um espaço compacto e sem gastar muita energia."

p Não apenas qualquer laser pode ser usado para bombear pentes de frequência óptica em um microrressonador. O laser precisa ser potente e monocromático. O último significa que a luz que ele emite deve cair em uma faixa de frequência muito estreita. Os lasers mais comuns hoje são os lasers de diodo. Embora sejam compactos e convenientes, em espectroscopia, eles ficam aquém de dispositivos mais complexos e caros. A razão é que os lasers de diodo não são suficientemente monocromáticos:a radiação que eles emitem é "espalhada" por uma banda de 10 nanômetros.

p "Para estreitar a largura de linha de um laser de diodo, geralmente é estabilizado usando um ressonador externo ou uma rede de difração, "explicou Gorodetsky." Isso reduz a largura da linha, mas o custo é uma grande diminuição de energia, e o dispositivo não é mais barato, nem é compacto. "

p Os pesquisadores encontraram uma solução simples e elegante para o problema. Para tornar a luz laser mais monocromática, eles usaram os próprios microrressonadores que geram pentes de frequência óptica. Dessa forma, eles conseguiram reter quase a mesma potência e tamanho do laser - o microrressonador tem meros milímetros de diâmetro - enquanto também aumentava a monocromática por um fator de quase 1 bilhão. Isso é, a banda de transmissão é reduzida a atômetros - bilionésimos de bilionésimo de um metro - e um pente de frequência óptica é gerado, se necessário.

p "A partir de agora, lasers de diodo compactos e baratos estão disponíveis para quase todo o espectro óptico, "acrescentou Pavlov." No entanto, sua largura de linha natural e estabilidade são insuficientes para muitas tarefas futuras. Nesse artigo, mostramos que é possível estreitar efetivamente o amplo espectro de poderosos lasers de diodo multifrequência, quase sem custo para energia. A técnica que empregamos envolve o uso de um microrressonador como ressonador externo para bloquear a frequência do diodo laser. Neste sistema, o microrressonador pode estreitar a largura de linha e gerar o pente de frequência óptica. "

p O design proposto tem muitas aplicações possíveis. Um deles é nas telecomunicações, onde melhoraria consideravelmente a largura de banda das redes de fibra ótica, aumentando o número de canais. Outra esfera que se beneficiaria é o design de sensores, como refletômetros usados ​​como base de sistemas de segurança e monitoramento. Por exemplo, se um cabo de fibra óptica passa ao longo de uma ponte ou oleoduto, a luz no cabo responderá aos menores distúrbios ou variações na geometria do objeto, identificar problemas potenciais.

p Lasers de frequência única podem ser usados ​​em lidars, ou radares ópticos, que são instalados em carros autônomos, entre outros usos. Finalmente, a tecnologia permite analisadores altamente precisos, como aqueles que medem a composição do ar ou executam diagnósticos médicos, que podem ser integrados em smartphones ou relógios.

p "A demanda por esses lasers seria muito alta, "disse Gorodetsky.

p O físico também destacou que todos os autores do artigo são pesquisadores russos, o que é uma ocasião bastante rara para publicações em um jornal de tão alto nível.