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Energia

Laser mais estável do mundo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/09/2012

Laser mais estável do mundo
O comprimento do ressonador - a distância entre seus dois espelhos - determina a frequência na qual a luz pode começar a oscilar em seu interior.
[Imagem: PTB]

Pêndulo atômico

Lasers geralmente são sinônimo de precisão e alta tecnologia.

Mas a própria tecnologia tem imposto novas exigências a essa precisão.

É o caso dos relógios atômicos, que dependem de raios laser que emitam luz com uma frequência que praticamente não oscile.

O "pêndulo", isto é, o sistema oscilatório de um relógio atômico, é uma estreita linha de absorção em um átomo ou íon, cuja frequência de transição é lida por um laser.

A largura de linha dessas transições tipicamente corresponde a uns poucos milihertz, um valor que pode não ser alcançado pelos ressonadores de vidro usados atualmente, devido à sua estabilidade limitada.

O problema acaba de ser solucionado por Thomas Kessler e seus colegas do instituto PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt), na Alemanha.

Eles criaram um novo ressonador que permitiu a construção do laser mais estável já fabricado.

Ressonadores ópticos

Os lasers tradicionais, comprados no comércio, para serem usados, por exemplo, pela espectroscopia óptica, ou pelos relógios atômicos, exigem a realização de medições adicionais.

Mas é possível estabilizar um laser usando ressonadores ópticos. Esses equipamentos são compostos por dois espelhos altamente reflexivos, mantidos a uma distância precisa um do outro.

De forma parecida com o tubo de um órgão, o comprimento do ressonador - a distância entre seus dois espelhos - determina a frequência na qual a luz pode começar a oscilar em seu interior.

Assim, a chave de sua estabilidade está em manter a distância precisa entre seus dois espelhos o mais constante possível.

Os ressonadores modernos já são tão precisos que os lasers que os utilizam têm uma estabilidade limitada apenas pelo ruído termal do próprio aparelho - de forma similar ao movimento browniano das moléculas, os átomos do ressonador estão constantemente se movendo e, com isso, limitando a estabilidade de seu comprimento.

Ressonador de silício

Até agora, esses ressonadores vinham sendo feitos de vidro, cuja estrutura cristalina desordenada apresenta movimentos particularmente fortes.

Kessler usou um único cristal de silício, um material bem mais "rígido" e, portanto, menos sujeito ao ruído.

O resultado foi impressionante: comparações entre dois ressonadores de silício permitiram aos cientistas demonstrar uma estabilidade de frequência com uma precisão de 1 x 10-16.

O laser estabilizado pelo novo ressonador alcançou uma largura de linha de menos de 40 mHz, o que deverá permitir a criação de uma nova geração de relógios atômicos ópticos, ainda mais precisos.

Bibliografia:

Artigo: A sub-40-mHz-linewidth laser based on a silicon single-crystal optical cavity
Autores: T. Kessler, C. Hagemann, C. Grebing, T. Legero, U. Sterr, F. Riehle, M. J. Martin, L. Chen, J. Ye
Revista: Nature Photonics
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphoton.2012.217






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