Os ‘espelhos’ existem apenas por um fragmento de tempo, mas podem ajudar a reduzir o tamanho dos lasers de potência ultra-alta, que atualmente ocupam prédios do tamanho de hangares de aeronaves, para o tamanho de porões de universidades.
Eles têm potencial para serem desenvolvidos em uma variedade de elementos ópticos de alto limite de dano baseados em plasma que podem levar a sistemas de laser de pulso ultracurto, ultra-alta potência e tamanho pequeno.
A nova forma de produzir espelhos e outros componentes ópticos aponta o caminho para o desenvolvimento da próxima geração de lasers de alta potência, de centenas de petawatts (1.015 watts) a exawatts (1.018 watts).
A nova pesquisa foi publicada no Física das Comunicações.
O professor Dino Jaroszynski, do Departamento de Física de Strathclyde, liderou a pesquisa. Ele disse: “Lasers de alta potência são ferramentas que permitem a pesquisa em muitas áreas da medicina, biologia, ciências dos materiais, química e física.
“Tornar os lasers de alta potência mais amplamente disponíveis transformaria a maneira como a ciência é feita; uma universidade poderia ter essas ferramentas em uma única sala, sobre uma mesa, por um preço razoável.
“Este trabalho avança significativamente no estado da arte dos lasers de alta potência ao propor novos métodos de criação de elementos ópticos, mais robustos que os elementos existentes e também transitórios, o que os torna únicos.
“Isso é mais compacto e muito mais robusto e pode fornecer uma mudança de paradigma em lasers de alta potência, o que estimularia novas direções de pesquisa. O novo método apresentado também seria de grande interesse para uma comunidade diversificada desenvolvendo e usando lasers de alta potência.
“O grupo agora está planejando mais experimentos de prova de princípio para demonstrar a robustez e a fidelidade dos elementos ópticos do plasma”.
A nova pesquisa produziu espelhos de plasma em camadas usando feixes de laser de contrapropagação. O plasma é um gás totalmente ionizado e compõe a grande maioria do universo visível. Os feixes de laser de contrapropagação produzem uma onda de batimento no plasma que direciona elétrons e íons para uma estrutura de camadas regulares, que atua como um espelho muito robusto e de alta refletividade.
Este espelho existe apenas fugazmente, por alguns picossegundos – menos de 1/100.000.000.000 de segundo – e sua presença fantasmagórica permite que uma luz laser muito intensa seja refletida ou manipulada.
O plasma em camadas transientes é conhecido como grade de Bragg de volume, semelhante às estruturas de Bragg encontradas em cristais, e tem apenas alguns milímetros de diâmetro. Ele tem o potencial de ser desenvolvido em uma variedade de elementos ópticos de alto limite de dano baseados em plasma que podem levar a sistemas de laser de pulso ultracurto, ultra-alta potência e tamanho pequeno.
O Dr. Gregory Vieux de Strathclyde, que projetou e realizou os experimentos no Laboratório Rutherford Appleton (RAL) do Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (STFC) com o professor Jaroszynski, disse: “Esta nova maneira de produzir espelhos de plasma robustos transitórios pode revolucionar os aceleradores e fontes de luz, pois as tornaria muito compactas e capazes de produzir pulsos de luz ultraintensos de duração ultracurta, muito mais curtos do que os produzidos facilmente por qualquer outro meio.
“O plasma pode suportar intensidades de até 1018 watts por centímetro quadrado, o que excede o limite para danos da ótica convencional em quatro ou cinco ordens de grandeza. Isso permitirá que o tamanho dos elementos ópticos seja reduzido em duas ou três ordens de grandeza, encolhendo óptica de tamanho de metro para milímetros ou centímetros.”
A colaboração de pesquisa também envolveu: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung em Darmstadt; o Instituto de Física Aplicada da Goethe-University Frankfurt/Main; Institut für Theoretische Physik na Heinrich-Heine-Universität em Düsseldorf; Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan (UNIST) na Coreia do Sul; Instituto Superior Técnico da Universidade de Lisboa e colaboradores da Central Laser Facility do STFC.
O estudo recebeu financiamento do EPSRC (Engineering and Physical Sciences Research Council), parte do UKRI, para apoiar o projeto Lab in a Bubble, liderado por Strathclyde.
O professor Jaroszynski é diretor do Centro Escocês para a Aplicação de Aceleradores baseados em Plasma (SCAPA), que hospeda um dos lasers de maior potência do Reino Unido.
Com informações de Science Daily.