Como um jogo de pinball nas mãos de um bom jogador, uma coleção de obstáculos posicionados aleatoriamente pode ser suficiente para capturar a luz sem a necessidade de uma cavidade óptica. Adicionando amplificação, sem nenhum custo, um laser sem espelho - frequentemente apelidado de "laser aleatório" - pode ser obtido.

Usando este conceito, pesquisadores da Universidade Bar-Ilan em Israel demonstraram localização induzida por distúrbio, um fenômeno de onda bastante difícil de observar, mas também uma das manifestações mais surpreendentes e intrigantes da interferência das ondas prevista pelo ganhador do Prêmio Nobel P.W. Anderson para elétrons e, mais tarde, generalizado para ondas de luz. Esse fenômeno foi recentemente elucidado na revista. Optica .

“Percebemos que um laser aleatório tem muitos graus de liberdade que não estão disponíveis nos lasers de cavidade convencionais. Com base nessa descoberta, mostramos que a emissão de laser pode ser controlada simplesmente modelando o perfil da bomba que fornece o ganho dentro do meio de espalhamento, "diz o Prof. Patrick Sebbah, do Departamento de Física e Instituto de Nanotecnologia e Materiais Avançados da Universidade Bar-Ilan, quem liderou a pesquisa. “Isso é feito opticamente com total flexibilidade. Contrasta com o desafio técnico de realinhar uma cavidade de espelho em um laser convencional, "adiciona Sebbah, cujos colaboradores de pesquisa incluíram a Prof. Mélanie Lebental, da França, e alunos de seu grupo de Óptica Mesoscópica em Bar-Ilan.

Porque este fenômeno tênue é amplificado em um "microlaser de plástico", é possível observar diretamente a luz do laser construída em uma região de dispersão confinada, cada modo confinado correspondendo a uma emissão de cor / comprimento de onda diferente. Todas essas cores / modos se unem e os modos localizados interagem, cada um tentando aproveitar para ganhar para si às custas dos outros.

Para observar esses modos de laser localizados individualmente, Sebbah e colegas propuseram um método, com base em um artigo de 2014 em Física da Natureza , para desemaranhar os modos de interação e suprimir a competição mútua pelo ganho. Para fazer isso, uma distribuição de ganho não uniforme é criada que seleciona um modo de maneira ideal e extingue o outro.

Eles ficaram surpresos ao descobrir que uma vez que a competição de modo foi suprimida e um modo de laser otimizado, eles foram capazes de aumentar a eficiência energética do laser, e liberar os "modos de geração de acoplamento otimizado", ou seja, os modos de laser com a emissão mais forte pelo menor custo de energia. "Esta é a magia do confinamento modal por dispersão múltipla de luz, "diz Bhupesh Kumar, o pós-doutorando que conduziu os experimentos.

Essas descobertas abrem um caminho único para investigar a localização de Anderson, uma das tarefas mais desafiadoras em óptica, explorar o papel das não linearidades na localização e testar previsões teóricas experimentalmente. O método desenvolvido aqui pode ser aplicado ao projeto de microlasers aleatórios altamente eficientes e estáveis, onde a natureza aleatória e não hermitiana desses lasers oferece graus de liberdade sem precedentes.