Os lasers têm a capacidade única de conduzir com precisão, manipular, ao controle, e sondar a matéria utilizando uma incrível variedade de métodos. Embora muitas vezes operem nos bastidores, lasers são a espinha dorsal da ciência e tecnologia revolucionárias - incluindo avanços de pesquisa que foram a base para o Prêmio Nobel de Física de 2018.

Uma nova arquitetura de laser chamada modulador de luz universal, uma ferramenta nova e intrigante para sondar e controlar a matéria, será apresentado durante o Congresso de Laser da Optical Society (OSA), 4 a 8 de novembro, Em Boston. Foi desenvolvido pelo investigador principal Sergio Carbajo e o pesquisador associado Wei Liu, ambos com o SLAC National Accelerator Laboratory e Stanford University.

Luz coerente, como o de um laser, pode incorporar uma estrutura muito mais complexa e sofisticada tanto na distribuição eletromagnética quanto na distribuição de intensidade. "Alguns exemplos são feixes vetoriais cilíndricos, ou distribuições de intensidade 3D funky que podem se assemelhar, por exemplo, um cone waffle ou um filtro óptico, "disse Carbajo.

Por causa dessas características, o modulador de luz universal está pronto para abrir novas fronteiras científicas e tecnológicas. O problema é que explorar a capacidade de engenharia ou programação de estruturas leves complexas é difícil porque não existem muitas opções confiáveis ​​disponíveis para gerar essa estrutura, Disse Carbajo.

"Atualmente, isso é feito principalmente por dispositivos externos, como moduladores de luz espacial popularmente usados ​​em projetores, mas todos eles têm limitações de potência média e potência de pico, "disse Carbajo." Esses dispositivos podem queimar facilmente e não podem alcançar aplicações que requerem níveis de energia substanciais. "

O trabalho do grupo Carbajo contorna essa limitação de energia enquanto ainda mantém a capacidade de gerar qualquer estrutura de luz arbitrária. Eles incorporaram a capacidade de programar feixes na própria arquitetura do laser. Isso une o melhor de dois mundos:escala de potência e estrutura leve.

"Nossos pulsos de luz programáveis ​​são feitos de feixes compostos, "Carbajo explicou." Imagine um feixe de laser feito de muitos pequenos feixes de favo de mel, cada um dos quais é controlado de forma independente, embora sejam todos coerentes entre si. Eles podem se 'comunicar' uns com os outros e 'conhecer' o estado um do outro e seu respectivo relacionamento. Quando todos os feixes estão sincronizados, eles podem gerar coletivamente qualquer estrutura. A ressalva aqui é que essa estrutura se torna discreta pelo número de feixes de luz. "

Essa arquitetura programável é particularmente significativa dentro do regime ultracurto (femtossegundo e mais curto) porque pode inspirar novas maneiras de pensar sobre a luz com estruturas complexas capazes de impulsionar empreendimentos científicos e tecnológicos. As novas aplicações potenciais incluem telecomunicações de fibra óptica, micro-nano usinagem e manufatura aditiva, armadilha ótica, e ciências ultrarrápidas de prótons. "Pode ser uma virada de jogo em praticamente todas as aplicações de fotônica que requerem alta potência, "Carbajo disse.

Os pesquisadores do SLAC National Accelerator Laboratory estão interessados ​​em usar essas fontes de luz para adaptar e manipular feixes de elétrons que se propagam na velocidade da luz. "Ao fazê-lo, podemos gerar novos tipos de fontes de elétrons e raios-X para que possamos imprimir a estrutura da luz no elétron ou raios-X ", disse ele." Eles podem então se tornar instrumentos científicos avançados porque os feixes de elétrons e os raios-X herdaria a estrutura dos fótons ópticos. "

Próximo, o grupo quer explorar vários esforços paralelos. "A primeira rota óbvia é adicionar mais beamlets, que é exigido por um subconjunto de aplicativos potenciais, "Carbajo disse." Muitos, Contudo, não precisa de mais do que apenas alguns feixes. No nosso caso, temos 7 + 1 - sete em um favo de mel, além de um driver mestre. A segunda ramificação é atualizar nosso sistema para poderes muito mais elevados, que também permitirá uma terceira rota - melhor conversão dos feixes de femtossegundos fundamentais em outros comprimentos de onda usando estágios de conversão não linear, que criaria uma luz estruturada agora com composição multicolorida ou hiperespectral e autossincronicidade natural. "