p Cientistas do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA desenvolveram um novo processo para usar nanopartículas para construir lasers poderosos que são mais eficientes e seguros para os olhos. p Eles estão fazendo isso com o que é chamado de "fibra dopada com íons de terras raras". Simplificando, é a luz laser bombeando uma fibra de sílica que foi infundida com íons de terras raras de hólmio. De acordo com Jas S. Sanghera, que chefia o ramo de materiais e dispositivos ópticos, eles alcançaram uma eficiência de 85 por cento com seu novo processo.

p "O doping significa apenas que colocamos íons de terras raras no núcleo da fibra, que é onde toda a ação acontece, "Sanghera explicou." Foi assim que produzimos esse recorde mundial de eficiência, e é o que precisamos para uma alta energia, laser mais seguro para os olhos. "

p De acordo com Colin Baker, Químico pesquisador da Divisão de Materiais e Dispositivos Ópticos, o processo de laser depende de uma fonte de bomba - na maioria das vezes outro laser - que excita os íons de terras raras, que então emitem fótons para produzir uma luz de alta qualidade para lasing no comprimento de onda desejado.

p “Mas esse processo tem uma penalidade, "Baker disse." Nunca é 100 por cento eficiente. O que você está colocando é bombear energia, não a luz de alta qualidade no comprimento de onda que você deseja. O que está surgindo é uma qualidade de luz muito superior no comprimento de onda específico que você deseja, mas a energia restante que não é convertida em luz laser é desperdiçada e convertida em calor. "

p Essa perda de energia, Baker disse, em última análise, limita a escala de potência e a qualidade da luz laser, o que torna a eficiência especialmente importante.

p Com a ajuda de um dopante de nanopartículas, 'eles são capazes de atingir o nível de 85 por cento de eficiência com um laser que opera em um comprimento de onda de 2 mícrons, que é considerado um comprimento de onda "mais seguro para os olhos", em vez do tradicional 1 mícron. Claro, Baker apontou, nenhum laser pode ser considerado seguro quando se trata do olho humano.

p O perigo surge do potencial da luz difusa de ser refletida no olho durante a operação de um laser. A luz dispersa do caminho de um laser de 100 quilowatts operando a 1 mícron pode causar danos significativos à retina, levando à cegueira. Com um laser mais seguro para os olhos, operado em comprimentos de onda além de 1,4 mícron, Contudo, o perigo da luz espalhada é consideravelmente reduzido.

p De acordo com Baker, o doping de nanopartículas também resolve vários outros problemas, tal como a que protege os íons de terras raras da sílica. Em 2 mícrons, a estrutura vítrea da sílica pode reduzir a emissão de luz dos íons de terras raras. O doping de nanopartículas também separa os íons de terras raras uns dos outros, o que é útil, pois embalá-los bem próximos também pode reduzir a saída de luz.

p Lasers tradicionais que operam a 1 mícron, usando um dopante de itérbio, não são tão afetados por esses fatores, Baker disse.

p "A solução foi uma química muito inteligente que dissolveu o hólmio em um nanopó de lutetia ou óxido de lantânio ou fluoreto de lantânio para criar um ambiente de cristal adequado [para os íons de terras raras], "Sanghera disse." Usar a química do balde para sintetizar esse nanopó foi a chave para manter o custo baixo. "

p As partículas do pó de nanopartículas, que a equipe de Sanghera sintetizou originalmente para um projeto anterior, são normalmente menos de 20 nanômetros, que é 5, 000 vezes menor que um cabelo humano.

p "Além disso, tínhamos que ser capazes de dopar com sucesso esses nanopós na fibra de sílica em quantidades que seriam adequadas para atingir o lasing, " ele adicionou.

p Na Filial de Materiais e Dispositivos Óticos, A equipe de cientistas de Sanghera está trabalhando com uma sala do tamanho de uma sala, torno para trabalhar vidro, onde o vidro que eventualmente se tornará a fibra é limpo com gases de flúor, moldado com um maçarico e infundido com a mistura de nanopartículas - o que os cientistas chamam de "pasta de nanopartículas". O resultado é um dopado com íons de terras raras, vareta de vidro de uma polegada de diâmetro, ou "pré-forma óptica".

p Próxima porta, os cientistas usam um sistema de tração de fibra - uma torre tão grande que ocupa duas salas grandes e a altura de dois andares do edifício - para amaciar a pré-forma com uma fornalha e alongá-la, em um processo semelhante a puxar caramelo, em uma fibra óptica tão fina quanto um cabelo humano, que então se enrola em um grande eixo próximo.

p A equipe de Sanghera já apresentou um pedido de patente para o processo. Entre as aplicações potenciais que eles imaginam para o novo laser de fibra especial estão os lasers de alta potência e amplificadores para defesa, telecomunicações e até soldagem e corte a laser.

p "De uma perspectiva fundamental, todo o processo é comercialmente viável, "Sanghera disse." É um processo de baixo custo para fazer o pó e incorporá-lo à fibra. O processo é muito semelhante ao de fazer fibra de telecomunicações. "