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Usando um novo método, os feixes de luz laser podem ser desviados apenas com ar. Uma grade invisível feita apenas de ar não só é imune aos danos da luz laser, mas também preserva a qualidade original do feixe, relata a equipe de pesquisa interdisciplinar na revista Fotônica da Natureza. Os pesquisadores solicitaram uma patente para seu método.
A técnica inovadora utiliza ondas sonoras para modular o ar na região por onde passa o feixe de laser. “Geramos uma rede óptica com a ajuda de ondas de densidade acústica”, explica o primeiro autor Yannick Schrödel, Ph.D. estudante do DESY e Helmholtz Institute Jena. Com a ajuda de alto-falantes especiais, os pesquisadores moldam um padrão de áreas densas e menos densas no ar, formando uma grade listrada. De uma forma semelhante à forma como as densidades diferenciais do ar dobram a luz na atmosfera da Terra, o padrão de densidade assume o papel de uma rede óptica que muda a direção do feixe de luz laser. “No entanto, a deflexão da luz por redes de difração permite um controle muito mais preciso da luz laser em comparação com a deflexão na atmosfera da Terra”, diz Schrödel. “As propriedades da rede óptica são influenciadas pela frequência e intensidade – em outras palavras, pelo volume – das ondas sonoras.”
Nos primeiros testes de laboratório, um forte pulso de laser infravermelho pôde ser redirecionado dessa forma com uma eficiência de 50%. Eficiências significativamente mais elevadas deverão ser possíveis no futuro, de acordo com modelos numéricos. Para o primeiro teste, os cientistas tiveram que aumentar o volume dos seus alto-falantes especiais. “Estamos nos movendo a um nível sonoro de cerca de 140 decibéis, o que corresponde a um motor a jato a poucos metros de distância”, explica o cientista Christoph Heyl do DESY e do Instituto Helmholtz Jena, que lidera o projeto de pesquisa. “Felizmente, estamos na faixa do ultrassom, que nossos ouvidos não captam”.
A equipe vê um grande potencial na técnica de óptica de alto desempenho. Em seus experimentos, os pesquisadores usaram um pulso de laser infravermelho com potência de pico de 20 gigawatts, o que corresponde à potência de cerca de dois bilhões de lâmpadas LED. Lasers desta e de classes de potência ainda mais altas são usados, por exemplo, para processamento de materiais, em pesquisa de fusão ou para os mais recentes aceleradores de partículas. “Nesta faixa de potência, as propriedades dos materiais de espelhos, lentes e prismas limitam significativamente seu uso, e na prática tais elementos ópticos são facilmente danificados por fortes feixes de laser”, explica Heyl. “Além disso, a qualidade do feixe de laser é prejudicada. Em contraste, conseguimos desviar os feixes de laser de uma forma que preserva a qualidade, sem contato.”
O princípio do controle acústico da luz laser em gases não se limita à geração de redes ópticas, enfatizam os cientistas. Provavelmente também pode ser transferido para outros elementos ópticos, como lentes e guias de onda. “Há muito tempo que pensamos neste método e rapidamente percebemos que são necessários níveis sonoros extremos. No início, estes pareciam tecnicamente inviáveis”, explica Heyl. “No entanto, não desistimos e finalmente encontrámos uma solução com o apoio de investigadores da Universidade Técnica de Darmstadt, bem como da empresa Inoson. Primeiro, experimentámos a nossa técnica com ar normal. Em seguida, por exemplo, também iremos usar outros gases para explorar outros comprimentos de onda e outras propriedades e geometrias ópticas.”
A deflexão da luz diretamente para o ar ambiente, que já foi demonstrada, abre aplicações promissoras, especialmente como troca rápida para lasers de alta potência. “Atualmente, o potencial do controle de luz sem contato e sua extensão para outras aplicações só pode ser imaginado”, explica Heyl. “A óptica moderna baseia-se quase exclusivamente na interacção da luz com a matéria sólida. A nossa abordagem abre uma direcção completamente nova.”
Pesquisadores da Universidade Técnica de Darmstadt, da Universidade de Ciências Aplicadas de Aalen, da Universität Hamburg, da Inoson GmbH em St. Ingbert, do Instituto Helmholtz Jena e do DESY estiveram envolvidos no trabalho.
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