
Físicos quebram recorde ao disparar um laser no corredor da universidade: WebCuriosos
Os físicos acabaram de estabelecer um novo recorde confinando um pulso de laser autofocado a uma gaiola de ar, ao longo de um corredor universitário de 45 metros de comprimento (148 pés de comprimento).
Com resultados anteriores ficando bem abaixo de um metro, este mais novo experimento liderado pelo físico Howard Milchberg, da Universidade de Maryland (UMD), abre novos caminhos para confinar a luz a canais conhecidos como guias de ondas aéreas.
Um artigo descrevendo a pesquisa foi aceito na revista Revisão Física X, ume entretanto pode ser encontrado no servidor de pré-impressão arXiv . Os resultados poderão inspirar novas formas de alcançar comunicações de longo alcance baseadas em laser ou mesmo tecnologia avançada de armas baseadas em laser.
“Se tivéssemos um corredor mais longo, nossos resultados mostram que poderíamos ter ajustado o laser para um guia de ondas mais longo”, diz o físico da UMD Andrew Tartaro.
“Mas acertamos nosso guia para o corredor que temos.”
Os lasers podem ser úteis para uma variedade de aplicações, mas os raios coerentes de luz bem organizados precisam ser encurralados e focados de alguma forma. Deixado por conta própria, um laser se espalhará, perdendo potência e eficácia.
Uma dessas técnicas de focagem é a guia de ondase é exatamente o que parece: ele guia as ondas eletromagnéticas por um caminho específico, evitando que se espalhem.
Fibra óptica é um exemplo. Consiste em um tubo de vidro ao longo do qual as ondas eletromagnéticas são direcionadas. Como o revestimento ao redor da parte externa do tubo tem um índice de refração mais baixo do que o centro do tubo, a luz que tenta se espalhar se curva de volta para dentro do tubo, mantendo o feixe ao longo de seu comprimento.
Em 2014, Milchberg e seus colegas demonstraram com sucesso o que chamaram de guia de ondas aéreo. Em vez de usar uma construção física como um tubo, eles usaram pulsos de laser para encurralar a luz do laser. Eles descobriram que o laser pulsado cria um plasma que aquece o ar em seu rastro, deixando para trás um caminho de ar de menor densidade. É como um raio e um trovão em miniatura: a expansão do ar de baixa densidade cria um som semelhante ao de um pequeno trovão seguindo o laser, criando o que é conhecido como filamento.
O ar de densidade mais baixa tem um índice de refração mais baixo do que o ar ao seu redor – como o revestimento em torno de um tubo de fibra óptica. Portanto, disparar esses filamentos em uma configuração específica que “prende” um feixe de laser em seu centro cria efetivamente um guia de ondas no ar.
Os experimentos iniciais descrito em 2014 criou um guia de ondas de ar de cerca de 70 centímetros (2,3 pés) de comprimento, usando quatro filamentos. Para ampliar o experimento, eles precisavam de mais filamentos – e de um túnel muito mais longo para iluminar suas luzes, de preferência sem ter que mover seu equipamento pesado. Conseqüentemente, um longo corredor no Centro de Pesquisa Energética da UMD foi alterado para permitir a propagação segura de lasers emitidos através de um buraco na parede do laboratório.
Os pontos de entrada dos corredores foram bloqueados, as superfícies brilhantes cobertas e as cortinas de absorção de laser foram instaladas.
“Foi uma experiência realmente única” diz o engenheiro elétrico da UMD, Andrew Goffino primeiro autor do artigo da equipe.
“Há muito trabalho envolvido no disparo de lasers fora do laboratório com o qual você não precisa lidar quando está no laboratório – como colocar cortinas para segurança dos olhos. Foi definitivamente cansativo.”

Finalmente, a equipe conseguiu criar um guia de ondas capaz de atravessar um corredor de 45 metros – acompanhado por estalos e estalos, os minúsculos trovões criados por seu filamento de laser “relâmpago”. No final do guia de ondas aéreo, o pulso de laser no centro reteve cerca de 20% da luz que, de outra forma, teria sido perdida sem um guia de ondas.
De volta ao laboratório, a equipe também estudou um guia de ondas aéreas mais curto, de 8 metros, para fazer medições dos processos que ocorriam no corredor, onde não tinham equipamento para isso. Esses testes mais curtos foram capazes de reter 60% da luz que teria sido perdida. Os pequenos trovões também foram úteis: quanto mais energético o guia de ondas, mais alto o pop.
As suas experiências revelaram que o guia de ondas é extremamente fugaz, durando apenas centésimos de segundo. Para guiar algo que está viajando na velocidade da luz, entretanto, esse tempo é suficiente.
A investigação sugere onde podem ser feitas melhorias; por exemplo, maior eficiência e comprimento de orientação devem resultar em ainda menos perda de luz. A equipe também quer testar diferentes cores de luz laser e uma taxa de pulso de filamento mais rápida, para ver se conseguem guiar um feixe de laser contínuo.
“Alcançar a escala de 50 metros para guias de ondas aéreas literalmente abre caminho para guias de ondas ainda mais longos e muitas aplicações”, Milchberg diz.
“Com base nos novos lasers que teremos em breve, temos a receita para estender nossos guias para um quilômetro ou mais.”
A pesquisa foi aceita em Revisão Física Xe está disponível em arXiv.