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Energia

Laser terahertz emite 120 cores e fica próximo de aplicações práticas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/02/2022

Laser terahertz emite 120 cores e fica próximo de aplicações práticas
O laser de raios T construído pela equipe é o mais compacto já feito até hoje e funciona a temperatura ambiente.
[Imagem: SEAS/Harvard]

Laser terahertz

Pesquisadores demonstraram um laser inédito, operando na faixa terahertz (altíssima frequência) que é compacto, funciona a temperatura ambiente e pode produzir 120 cores diferentes.

Este largo espectro de emissão, com frequências individuais abrangendo a faixa de 0,25 a 1,3 THz, representa um salto para trazer essa região do espectro eletromagnético, até agora tão difícil de alcançar, para aplicações práticas.

O laser terahertz - ou laser de raios T - poderá ser usado em uma variedade de aplicações, como imagens de câncer de pele e mama, detecção de drogas, segurança e links de comunicação de ultracapacidade sem a necessidade de passar fibras ópticas.

"Este é um salto tecnológico para gerar radiação terahertz," disse o professor Federico Capasso, da Universidade de Harvard, nos EUA. "Graças ao seu perfil compacto, eficiência, ampla faixa de ajuste e operação a temperatura ambiente, este laser tem o potencial de se tornar uma tecnologia chave para preencher a lacuna de terahertz para aplicações em imageamento, segurança ou comunicações."

A faixa de frequência de terahertz - que fica no meio do espectro eletromagnético, entre as micro-ondas e a luz infravermelha - tem permanecido difícil de explorar para aplicações porque a maioria das fontes de terahertz são muito volumosas, ineficientes ou dependem de dispositivos de baixa temperatura para produzir as cores de forma ajustável.

Laser terahertz emite 120 cores e fica próximo de aplicações práticas
Uma pastilha de silício banhada a ouro foi usado como divisor de feixe (Beamsplitter) para refletir uma pequena porção do feixe de bombeamento para a célula de gás de referência, enquanto o restante entra na cavidade THz.
[Imagem: Capasso Lab/Harvard SEAS]

Moléculas ópticas

Em um laser de gás típico, um grande número de moléculas fica presa entre dois espelhos, sendo levadas a um nível de energia mais alto pela luz inicial, conhecida como luz de bombeamento. Mas, tão logo atingem esse nível mais alto, elas decaem, emitindo um fóton.

Esses fótons estimulam o decaimento de mais moléculas à medida que saltam para frente e para trás entre os dois espelhos, levando à amplificação da luz. Para alterar a frequência dos fótons emitidos, você precisa alterar o nível de energia das moléculas.

A equipe descobriu que substituir o óxido nitroso, que vinham usando até agora, pelo fluoreto de metila, uma molécula que reage fortemente com campos ópticos, produz resultados radicalmente melhores.

"Este composto é realmente bom em absorver infravermelho e emitir terahertz," contou o professor Arman Amirzhan, membro da equipe. "Ao usar fluoreto de metila, que não é tóxico, aumentamos a eficiência e o alcance de sintonia do laser."

"Um dispositivo com menos de um pé cúbico [0,028 m3] nos permitirá direcionar essa faixa de frequência para ainda mais aplicações em comunicações de curto alcance, radar de curto alcance, biomedicina e imagem," finalizou o professor Paul Chevalier, que também está trabalhando em um rádio a laser.

Bibliografia:

Artigo: A quantum cascade laser-pumped molecular laser tunable over 1 THz
Autores: Arman Amirzhan, Paul Chevalier, Jeremy Rowlette, H. Ted Stinson, Michael Pushkarsky, Timothy Day, Henry O. Everitt, Federico Capasso
Revista: APL Photonics
DOI: 10.1063/5.0076310
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