Pesquisador do IPEN desenvolve o laser mais eficiente para cristal Nd:YLF

O físico Niklaus U. Wetter, pesquisador do Centro de Lasers e Aplicações (CLA-IPEN), desenvolveu uma nova configuração de laser tendo obtido a maior eficiência óptica – em torno de 60% – descrita na literatura científica mundial para lasers de Nd:YLF (sigla para fluoreto de ítrio e lítio dopado com neodímio). O diferencial para chegar a esse resultado foi um desenho laser inovador - já patenteado - associado à utilização de uma grade de BRAGG volumétrica.

Esse laser emite um feixe de "excelente qualidade” do modo transversal, com valor médio de M2 = 1,1. Para se ter uma ideia do significado desse valor, o melhor resultado possível (teórico ideal) de ser obtido de um feixe laser é M2 = 1, o modo mais puro e praticamente inalcançável. Normalmente, lasers com essa potência chegam a ter M2 de 20, isto é, um feixe "20 vezes pior” do que o ideal. O laser desenvolvido por Niklaus se distancia apenas 10 % da idealidade.

A fonte de energia desse laser é o diodo, componente que garante 50% de eficiência. "O diodo é um semicondutor que emite luz, essa luz bombeia o cristal onde 100% dessa luz é absorvida. Isso quer dizer que 50% de toda energia elétrica consumida pelo diodo chega ao cristal”, explica Niklaus. Segundo ele, o cristal de Nd:YLF é reconhecido pela sua aplicação em lasers pulsados e chaveados, que emitem pulsos com duração de nanosegundos [10^-9], além da qualidade do seu feixe laser.

Os resultados estão descritos no artigo "Influence of pump bandwidth on the efficiency of side-pumped, double-beam mode controlled lasers: estabilishing a new record for Nd:YLiF4 lasers using VBG”, publicado na Optics Express Vol. 23, Issue 7, pp. 9379-9387 (2015), em coautoria com Alessandro M. Deana, do Departamento de Biofotônica Aplicada a Ciências da Saúde, da Universidade Nove de Julho (Uninove). A pesquisa foi financiada pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), no âmbito do projeto 2012/11437-8.

Além da maior eficiência, há outras características importantes que fazem desse laser um "achado”: ele é compacto, robusto e viável economicamente. "A barra de diodo semicondutor é uma fonte de luz barata, que custa entre US$ 100 e US$ 200. O melhor resultado anterior foi feito com um laser titânio-safira, que custa US$ 70 mil, para excitar o cristal. Ele, de fato, garante uma boa eficiência, mas é um investimento absurdo e, mesmo assim, chegou ao valor de apenas 50% de eficiência óptica. O nosso, a um custo muito menor, chegou a 60% de eficiência, comemora Niklaus.

Entre as possibilidades de aplicação desse laser está o monitoramento atmosférico e ambiental por sistema Lidar, uma das linhas de pesquisa do CLA. Lidar é a sigla para Light Detection and Ranging ou, grosso modo, radar de laser. O IPEN tem uma forte atuação nesse campo científico, inclusive coordenando a Latin America Lidar Network (LALINET), rede que compreende instituições de seis países.

Excelência

O CLA tem reconhecida excelência no desenvolvimento de lasers. "O cristal de Nd:YLF foi desenvolvido em todas as partes do mundo, mas graças a um esforço que durou décadas por parte do laboratório de crescimento do CLA e de suas pesquisadoras, Dra. Sonia Baldochi e Dra. Izilda Ranieri, nós sempre tivemos acesso a amostras de boa qualidade”, destaca Niklaus.

Em 2008 foi feito um sistema para o cristal Nd:YVO4 (Neodymium-Doped Yttrium Vanadate) e o resultado foi igual ao recorde mundial na época. "É um laser de potência contínua, isto é, que está sempre ligado. Na época, nós fizemos uma experiência e conseguimos igualar ao recorde mundial. Não sei se de lá para cá alguém já superou, mas o fato é que são resultados que demonstram a grande capacidade de sinergia deste Centro e dos quais a gente deve se orgulhar”, conclui Niklaus.

(Mais detalhes sobre a pesquisa na próxima edição do Jornal Órbita)

Ana Paula Freire, jornalista MTb172/AM, da Assessoria de Comunicação Institucional - IPEN