A luz faz muito trabalho pesado na vida moderna — TVs, satélites, os cabos de fibra óptica que permitem que você leia esta frase. Agora, físicos de Stanford descobriram como dar um pouco mais de gás à luz sem estourar a conta de luz. Eles construíram um amplificador óptico aproximadamente do tamanho de uma ponta de dedo que pode fortalecer sinais de luz em cerca de 100 vezes enquanto consome apenas algumas centenas de miliwatts.

Para contextualizar, amplificadores ópticos funcionam como amplificadores de áudio — exceto que eles aumentam a luz em vez da playlist pesada de graves do seu vizinho. Versões compactas tradicionais tendem a beber energia, tornando-as tão eficientes quanto uma esteira que só funciona ladeira abaixo. O novo dispositivo, descrito na revista Nature, contorna isso reciclando grande parte da energia necessária para operar.

“Demonstramos, pela primeira vez, um amplificador óptico verdadeiramente versátil e de baixa potência, que pode operar em todo o espectro óptico e é eficiente o suficiente para ser integrado em um chip”, disse Amir Safavi-Naeini, autor sênior do estudo e professor associado de física em Stanford. Tradução: agora podemos construir sistemas ópticos muito mais complexos do que antes, e eles não precisarão de sua própria usina de energia.

O amplificador mantém o ruído ao mínimo — ninguém quer um sinal chiado — e funciona em uma faixa mais ampla de comprimentos de onda do que os modelos existentes, o que significa que pode transportar mais dados com menos interferência. O segredo envolve um design ressonante que envia a luz de volta sobre si mesma, como um fóton dando voltas em uma pista de corrida. A luz de bombeamento faz loops, fica mais intensa e amplifica o sinal alvo de forma mais eficiente.

“Ao reciclar a energia da bomba que alimenta este amplificador, tornamo-lo mais eficiente, e isso não tem custo para suas outras propriedades”, disse Devin Dean, co-primeiro autor e estudante de doutorado no laboratório de Safavi-Naeini. Como o dispositivo é compacto e energeticamente eficiente, poderia funcionar com uma bateria e ser enfiado em laptops, smartphones ou outros pequenos eletrônicos.

“Quando você pode fazer isso, as possibilidades são realmente bastante amplas porque são tão pequenos que você pode produzi-los em massa e alimentá-los com baterias”, disse Dean. As aplicações potenciais incluem comunicações de dados, biossensoriamento e criação de novas fontes de luz — basicamente qualquer coisa que possa usar um sinal mais forte sem uma tomada maior.

A pesquisa foi apoiada pela Defense Advanced Research Projects Agency, NTT Research e National Science Foundation. Os co-autores também incluem Taewon Park, Martin Fejer, Hubert Stokowski, Sam Robison, Alexander Hwang, Luke Qi e Jason Herrmann. Dean, Park, Safavi-Naeini e Stokowski depositaram um pedido de patente cobrindo métodos para alcançar vantagem quântica em sensores fotônicos com restrição de energia.

Materiais fornecidos pela Stanford University. Nota: O conteúdo pode ter sido editado para estilo e tamanho.