Recentemente, pesquisadores da Universidade de Stanford fizeram uma descoberta no campo da fabricação de laser.
Eles desenvolveram e fabricaram com sucesso um laser de safira de titânio em um chip, uma inovação que não apenas reduz o tamanho do laser em quatro ordens de magnitude (ou seja, para um décimo de milésimo do tamanho original), mas também reduz o custo em três ordens de magnitude (ou seja, para apenas um milésimo do preço original).
"Este é um avanço disruptivo no paradigma tradicional", entusiasma-se a Prof. Jelena Vuckovic, Professora de Liderança Global e uma autoridade líder em engenharia elétrica. Como autora sênior do artigo detalhando este laser de safira de titânio em escala de chip na revista Nature, ela está animada com o futuro: "Em breve, qualquer laboratório poderá ter centenas desses lasers de alto desempenho em um único chip, em vez de depender de equipamentos convencionais volumosos e caros. Também será incrivelmente fácil de operar, e será até possível acioná-lo com um ponteiro laser verde."
Joshua Yang, um candidato a Ph.D. no laboratório, elabora ainda mais sobre as implicações de longo alcance dessa tecnologia: "Esses lasers poderosos poderão ser usados em uma ampla variedade de aplicações importantes por uma fração do custo, à medida que passamos de dispositivos de classe desktop para a fabricação de produtos prontos para produção em um chip." Ele trabalhou nessa pesquisa inovadora com colegas do Laboratório de Fotônica Quântica e Nanoescala do Prof. Vuckovic, incluindo o engenheiro de pesquisa Kasper Van Gasse e o acadêmico de pós-doutorado Daniil M. Lukin.
Tecnicamente, os lasers de safira de titânio são favorecidos porque têm a maior "largura de banda de ganho" de qualquer cristal de laser. Isso significa que os lasers de safira de titânio são capazes de produzir uma faixa mais ampla de comprimentos de onda do que outros lasers. Além disso, seus pulsos de luz são emitidos extremamente rápido, uma vez a cada trilionésimo de segundo. Essas excelentes características de desempenho, sem dúvida, contribuirão muito para a ampla aplicação e o desenvolvimento aprofundado da tecnologia de laser em vários campos.
Para construir esse novo tipo de laser, eles primeiro cobriram precisamente uma camada de cristais de safira reais com uma camada de safira de titânio em uma plataforma de dióxido de silício. A safira de titânio foi então finamente moída, gravada e polida, e reduzida a uma camada ultrafina de apenas algumas centenas de nanômetros de espessura. Imediatamente depois, a equipe padronizou meticulosamente o guia de ondas nessa camada ultrafina de material.
Este design miniaturizado oferece vantagens significativas. De um ponto de vista matemático, a intensidade é a razão entre potência e área. Assim, enquanto mantém a mesma potência de um laser de larga escala, a intensidade do laser será significativamente aumentada devido à área reduzida. Os pesquisadores notaram, "O pequeno tamanho do laser realmente nos ajuda a melhorar a eficiência."
Além disso, para melhorar ainda mais o desempenho do laser, a equipe de pesquisa incorporou um aquecedor em miniatura. Este aquecedor aquece a luz que passa pelo guia de onda, permitindo à equipe de Jelena Vuckovic a flexibilidade para ajustar o comprimento de onda da luz emitida entre 700-1000 nanômetros.
Este laser de safira de titânio em um microchip mostra aplicações promissoras em vários campos. Na física quântica, ele oferece uma solução barata e prática para reduzir o tamanho de computadores quânticos de última geração. E no campo da neurociência, pesquisadores de Stanford preveem sua aplicação direta em optogenética, um campo que permite aos cientistas controlar e influenciar a atividade neuronal dentro do cérebro por meio da luz, apesar do volume relativo dos dispositivos de fibra óptica atualmente em uso comum.
Olhando para o futuro, a equipe continuará a refinar o design dos lasers de safira de titânio em escala de chip e explorar a possibilidade de produzi-los em massa em wafers, milhares de lasers por vez. Neste verão, Joshua Yang ganhará um doutorado com base nesta pesquisa e trabalhará para levar esta tecnologia ao mercado. Podemos colocar milhares de lasers em um wafer de 4-polegadas, e o custo por laser será próximo de zero", ele diz confiantemente. Isso, sem dúvida, desencadeará uma revolução tecnológica."
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