Laser sem espelhos: Nasce uma nova fonte de luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/11/2025

Com uma operação fundamentada em átomos individuais, o laser sem espelhos já nascerá miniaturizado.
[Imagem: Anna Bychek]

Laser sem espelhos

Uma equipe de físicos das universidades de Innsbruck (Áustria) e Harvard (EUA) idealizou uma maneira fundamentalmente nova de gerar luz laser: Um laser sem espelhos.

Nos lasers atuais, os espelhos são essenciais para refletir a luz de um lado para o outro dentro uma câmara minúscula, chamada cavidade óptica, estimulando a emissão coerente de átomos ou moléculas excitados e, assim, amplificando a luz. Um dos espelhos apresenta um nível preciso de transparência, por onde a luz coerente amplificada finalmente deixa o dispositivo.

Anna Bychek e seus colegas descobriram que emissores quânticos espaçados a distâncias menores do que o comprimento de onda da luz podem sincronizar construtivamente a emissão de seus fótons, produzindo um feixe de luz brilhante e de banda muito estreita, mesmo na ausência de qualquer cavidade óptica.

Neste novo conceito de laser sem espelhos, os átomos interagem diretamente por meio de seus próprios campos eletromagnéticos dipolares, visto que o espaçamento interatômico é menor do que o comprimento de onda da luz emitida. Quando o sistema é energizado o suficiente, essas interações fazem com que os emissores se aglomerem e irradiem coletivamente, um fenômeno chamado emissão superradiante - o primeiro laser super-radiante, com espelhos, foi criado há pouco mais de uma década.

Quando o dispositivo for construído, será a revolução dos nanolasers.
[Imagem: Anna Bychek et al. - 10.1103/rbs2-2pd5]

Emissão atômica de luz

Segundo os cálculos da equipe, a emissão coletiva dos átomos gera luz altamente direcional e espectralmente pura, com uma única linha espectral estreita.

Para isso, apenas uma fração dos emissores deve ser excitada por um laser de bombeamento, e o restante dos átomos permanece sem excitação. Como essa fração de emissores passivos não sofre alargamento espectral devido ao laser de excitação ou ao alargamento por potência, ela atua efetivamente como um ressonador óptico para os emissores ativos, de modo parecido com o que acontece em um laser convencional, onde o ressonador óptico e o meio ativo são entidades físicas separadas.

"Os átomos sincronizam sua emissão e, acima de um certo limiar, começam a emitir luz coletivamente ou em uníssono uns com os outros," explicou Bychek. "Ainda há muitas questões a serem estudadas em trabalhos futuros, mas é evidente que os átomos constroem seu próprio mecanismo de retroalimentação e seleção de frequência por meio da interação dipolo-dipolo no espaço livre."

Pesquisadores brasileiros já construíram um laser sem espelhos, mas se tratava de um dispositivo de grande porte e condições muito especiais de funcionamento.
[Imagem: Claus Zimmermann Lab]

Miniaturização e precisão

Agora será necessário desenvolver a tecnologia para construir o laser sem espelhos.

Mas todos os esforços deverão se voltar para isso porque vale muito a pena. Afinal, essa nova fonte de luz poderá ser minúscula, alcançando uma miniaturização muito maior do que a dos lasers atuais. Essa nova classe de fontes de luz ultracompactas nascerá talhada para as tecnologias fotônicas - a fotônica anseia por se tornar nanofotônica para bater a eletrônica, que já é nano.

As medições de precisão também terão a ganhar: Como a frequência de emissão do laser sem espelhos é determinada principalmente pelos próprios átomos, esses sistemas podem fornecer referências ópticas excepcionalmente estáveis para sensores quânticos, relógios ou dispositivos integrados em chips.

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