|
22/02/2017 ( Caderno:
Tecnologia )
Pesquisadores iluminaram com laser verde solução
de
micropartículas e geraram um
laser aleatório vermelho
(Foto:
Niklaus Wetter e Kelly Jorge/Ipen)
Quebrar recordes de
eficiência energética na geração de feixes de laser está se tornando uma rotina
para Niklaus Wetter, físico suíço que trabalha no Brasil desde 1988 e há três
anos dirige o Centro de Lasers e Aplicações, do Instituto de Pesquisas
Energéticas e Nucleares (Ipen), em São Paulo.
Em 2015, Wetter e o físico
Alessandro Melo de Ana, da Universidade Nove de Julho, apresentaram na
revista Optics Express uma nova configuração de lentes e espelhos
para geradores de laser que usam cristais contendo o elemento químico neodímio.
O artigo “Influence of pump bandwidth on the efficiency of side-pumped,
double-beam mode-controlled lasers: Establishing a new record for Nd:YLiF 4
lasers using VBG” pode ser lido em https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-23-7-9379.
Com
o novo arranjo, o dispositivo, um dos mais utilizados no mundo para fins
industriais, médicos e de pesquisa, conseguiu aproveitar 60% da energia
depositada em seu cristal para gerar luz laser, superando o recorde anterior de
50% para esse tipo de equipamento.
Agora, com a física brasileira Julia
Giehl e o físico alemão Felix Butzbach, ambos ex-alunos do Ipen, e o físico
espanhol Ernesto Jimenez-Villar, da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE),
Wetter conseguiu um avanço ainda maior na eficiência energética de um tipo
diferente de laser: o laser randômico ou aleatório, que ganhou a atenção de
físicos e engenheiros nos últimos anos por ser de baixo custo e usar
dispositivos muito pequenos.
No lugar de um cristal, os equipamentos de
laser aleatório produzem uma luz com características do laser convencional a
partir de um líquido contendo partículas micro ou nanométricas em suspensão ou
de uma mistura de partículas no estado sólido (na forma de um pó). O problema é
que a eficiência desse tipo de laser costuma ser baixa. As soluções e misturas
de partículas microscópicas convertem em laser no máximo 2% da energia que
recebem na forma de luz.
Calculando detalhes de como o laser é gerado e
amplificado à medida que a luz é refletida várias vezes pelas partículas, a
equipe de Wetter descobriu como elevar a eficiência dessa conversão, que agora
chegou a 60%. “Esse resultado é comparável ao dos melhores lasers de estado
sólido [convencionais] disponíveis no mercado”, afirma Wetter.
O segredo,
descobriram os pesquisadores, é misturar partículas de diferentes tamanhos. Nos
experimentos, eles usaram grãos de um cristal com 54 micrômetros de diâmetro e
grãos quase 10 vezes menores, de apenas 6 micrômetros. Na mistura, as partículas
menores preencheram o espaço entre as maiores criando bolsões que aumentaram
localmente em 30% o espalhamento da luz – a cada espalhamento mais energia é
incorporada ao laser.
O resultado final é um aumento de 160% na potência
do feixe de laser emitido. Esses resultados foram apresentados dia 31 de janeiro
na Photonics West 2017, em São Francisco, Estados Unidos, a
principal conferência de tecnologia laser no mundo. “Temos o recorde atual”,
comemora Wetter.
No Ipen, o físico suíço sempre trabalhou na melhoria de
fontes de laser de grande potência e precisão, produzidas em equipamentos que
usam cristais de alta pureza e lentes e espelhos com polimento especial. São
aparelhos de dezenas de milhares de dólares. Desde 2008, porém, seu laboratório
persegue em paralelo outra linha de pesquisa: desenvolver melhorias em lasers
aleatórios, cujo custo de produção, Wetter avalia, pode um dia chegar à casa dos
centavos.
Sua motivação é o impacto tecnológico que os lasers aleatórios
prometem produzir no desenvolvimento de laboratórios biomédicos compactos,
portáteis e descartáveis, conhecidos pela expressão em inglês lab on a chip. São
cartões feitos de vidro ou plástico que contêm uma espécie de encanamento
microscópico: canais e reservatórios com milímetros a micrômetros de espessura
que permitem o armazenamento, a passagem e a mistura de volumes ínfimos de
líquidos. Os pesquisadores projetam essas redes de canais e reservatórios de
forma a ser possível combinar amostras de sangue, saliva ou outros fluidos
corporais com os reagentes químicos necessários para realizar exames
laboratoriais.
Leia a íntegra da reportagem publicada na revista Pesquisa
FAPESP em http://revistapesquisa.fapesp.br/2017/02/13/laboratorio-de-bolso-2/?cat=ciencia.
Fonte: Agência Fapesp / Imagem Divulgação
|
12 99713.7333
