Luz dos lasers fica 10.000 vezes mais pura

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 04/08/2025

Largura da linha do laser

Uma nova tcnica permitiu reduzir a largura de linha de um feixe de laser por um fator de mais de 10.000, um avano que pode revolucionar campos to diversos quanto a computao quntica, os relgios atmicos e a deteco de ondas gravitacionais.

A largura de linha do laser mede a preciso com que um feixe de luz mantm sua frequncia e pureza de cor – quanto menor a largura de linha, mais monocromtico e espectralmente puro o laser.

A tcnica consiste no uso de cristais de diamante e do efeito Raman, pelo qual a luz do laser estimula vibraes nos materiais e depois espalha essas vibraes.

“Um mtodo atual para reduzir a largura de linha do laser utiliza dispositivos chamados lasers Brillouin, que utilizam ondas sonoras para interagir com a luz, mas o efeito relativamente fraco – normalmente reduzindo a largura de linha em apenas dezenas a centenas de vezes,” explicou Richard Mildren, da Universidade Macquarie, na Austrlia. “Nossa tcnica utiliza espalhamento Raman estimulado, em que o laser estimula vibraes de frequncia muito mais alta no material, sendo milhares de vezes mais eficaz no estreitamento da largura de linha.”

E os clculos tericas da equipe indicam que h espao para melhorias em sua prpria tcnica, o que permitir chegar a lasers de luz ainda mais pura. “Nossa modelagem computacional sugere que poderemos reduzir a largura da linha do laser em mais de 10 milhes de vezes usando variaes do projeto atual,” disse David Spence, membro da equipe.

Retirando rudo da luz

Para chegar ao ganho obtido, a equipe utilizou um cristal de diamante medindo apenas alguns milmetros de dimetro em uma cavidade cuidadosamente projetada, e ento aplicou um feixe de entrada deliberadamente “ruidoso”, com uma largura de linha superior a 10 MHz.

O problema envolve lidar com as pequenas variaes das ondas de luz, que so aleatrias no tempo e que tornam os feixes de laser menos puros e precisos. Em um laser perfeito, todas as ondas de luz estariam perfeitamente sincronizadas, mas, na realidade, algumas ondas se adiantam ou atrasam ligeiramente em relao s outras, causando flutuaes na fase da luz. Essas flutuaes de fase criam “rudo” no espectro do laser – elas obscurecem a frequncia do laser, tornando-o menos puro em termos de cor.

A tcnica Raman funciona transferindo essas irregularidades no tempo para vibraes espaciais no cristal de diamante, onde elas so absorvidas e dissipadas muito rapidamente (em alguns trilionsimos de segundo). Isso resulta em ondas de luz com oscilaes muito mais suaves e, portanto, espectralmente mais puras, com um efeito de estreitamento substancial no espectro do laser.

O uso de cristais de diamante se justifica porque o material tem propriedades trmicas excepcionais e fornece um ambiente de teste estvel.

A tcnica de espalhamento Raman estreitou o feixe de laser de sada para o limite de 1 kHz, representando um fator de reduo de mais de 10.000.

Aplicaes dos lasers de luz ultrapura

Os lasers de largura de linha ultrafina que podero ser construdos com o desenvolvimento desta nova tcnica tero diversas aplicaes, como nos computadores qunticos, onde um controle extremamente preciso do laser necessrio para manipular os qubits – os lasers atuais podem introduzir rudo de fase que causa erros na computao quntica, um problema j por demais complicado por si s.

Uma maior pureza espectral tambm permitir melhorar os relgios atmicos, que sustentam a navegao por GPS e podem em breve permitir novas descobertas na fsica fundamental e a redefinio do segundo no Sistema Internacional.

E na astronomia, detectores de ondas gravitacionais, que medem distores incrivelmente pequenas no espao-tempo, podem se tornar ainda mais sensveis ao usar feixes de laser de largura de linha mais estreita, potencialmente revelando sinais mais fracos de eventos csmicos distantes.

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