p Os pesquisadores desenvolveram um laser compacto que emite luz com extrema pureza espectral que não muda em resposta às condições ambientais. O novo laser potencialmente portátil pode beneficiar uma série de aplicações científicas, melhorar os relógios para sistemas de posicionamento global (GPS), Avançar a detecção de ondas gravitacionais no espaço e ser útil para a computação quântica. p Pesquisadores do Laboratório Lincoln do Massachusetts Institute of Technology, EUA descrevem seu novo laser em Optica , O jornal da Optical Society para pesquisas de alto impacto.

p Mesmo que um laser seja projetado para emitir puramente em um comprimento de onda, mudanças na temperatura e outros fatores ambientais freqüentemente introduzem ruído que faz com que a emissão de luz mude ou amplie sua frequência. A extensão espectral ampliada dessa emissão é conhecida como largura de linha do laser. Os pesquisadores usaram uma nova abordagem para criar um laser de fibra óptica com uma largura de linha espectral mais estreita do que jamais alcançada por um laser de fibra ou semicondutor. O mesmo laser também fornece um método para detectar e corrigir mudanças de temperatura tão pequenas quanto 85 nanoKelvin, ou 85 bilionésimos de um grau.

p "Hoje, lasers de cavidade de expansão ultrabaixa (ULE) exibem a largura de linha mais estreita e o melhor desempenho, mas são volumosos e muito sensíveis ao ruído ambiente, "disse William Loh, o primeiro autor do artigo. "Nosso objetivo é substituir os lasers ULE por um que possa ser portátil e não seja sensível ao ruído ambiental."

p Atingindo largura de linha estreita

p Os pesquisadores desenvolveram um laser baseado em um loop curto (~ 2 metros) de fibra óptica configurado como um ressonador em anel. Os lasers de fibra são compactos e robustos e tendem a reagir de forma relativamente lenta às mudanças ambientais. Os pesquisadores combinaram as vantagens da fibra com um efeito óptico não linear conhecido como espalhamento Brillouin para obter um laser com largura de linha de apenas 20 hertz. Para comparação, outros lasers de fibra podem atingir larguras de linha entre 1000 a 10, 000 hertz, e os lasers de semicondutores prontos para uso normalmente têm uma largura de linha de cerca de 1 milhão de hertz.

p Para tornar o laser extremamente estável em face das mudanças ambientais de longo e curto prazo, os pesquisadores desenvolveram uma forma de referenciar o sinal do laser contra ele mesmo para detectar as mudanças de temperatura. Seu método é altamente sensível em comparação com outras abordagens para medir a temperatura e permite o cálculo de um sinal de correção preciso que pode ser usado para trazer o laser de volta ao comprimento de onda de emissão da temperatura original.

p "A temperatura é um contribuinte importante para o ruído do laser, "disse Loh." Um laser de alta qualidade precisa não apenas ter uma largura de linha de laser estreita, mas também uma maneira de manter essa emissão estável a longo prazo. "

p Melhorando o GPS

p Esta nova fonte de luz pode ser usada para melhorar uma nova geração de relógios atômicos ópticos usados ​​para dispositivos habilitados para GPS. O GPS permite que os usuários identifiquem sua localização na Terra, triangulando com os sinais recebidos de uma rede de satélites contendo relógios atômicos avançados. Cada satélite fornece um carimbo de hora, e o sistema calcula um local com base nas diferenças relativas entre esses tempos.

p "Achamos que os relógios atômicos baseados em nosso estábulo, laser de largura de linha estreita pode ser usado para localizar com mais precisão o tempo de chegada do sinal, melhorando a precisão da localização dos sistemas GPS atuais, "disse Loh." O fato de nosso laser ser compacto significa que ele pode ser usado a bordo de satélites. "

p O laser também pode ser benéfico para interferômetros como os usados ​​pelo Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) para detectar ondas gravitacionais provenientes de buracos negros em colisão ou estrelas em colapso. Lasers ultrastable são necessários para esta aplicação porque o ruído do laser impede que o interferômetro seja capaz de detectar as perturbações muito pequenas de uma onda gravitacional.

p "Existem esforços em andamento para usar lasers no espaço para criar braços de interferômetro mais longos para observação de ondas gravitacionais, "disse Loh." Devido ao seu tamanho compacto e robustez, nosso laser pode ser um candidato para detecção de ondas gravitacionais no espaço. "

p Os pesquisadores dizem que, embora seu novo laser seja robusto, atualmente é um sistema de bancada adequado para uso em laboratório. Eles agora estão trabalhando para desenvolver embalagens menores para o laser e incorporarão componentes ópticos menores para criar uma versão portátil que pode ser tão pequena quanto um smartphone.