Novo laser pode mostrar de que substâncias são feitas, e poderia ser o novo conjunto de olhos para militares

junho 25, 2013
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ANN ARBOR—Um novo laser que pode mostrar de que os objetos são feitos poderia ajudar aeronaves militares a identificar perigos ocultos, como arsenais de armas que estão bem abaixo delas, dizem pesquisadores da Universidade de Michigan.

“Para as comunidades de defesa e inteligência, isso poderia adicionar um novo conjunto de olhos,” disse Mohammed Islam, professor de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação e Engenharia Biomédica da U-M. Um estudo sobre a pesquisa será publicado na edição de 1 de julho na edição do Optics Letters.

O sistema, que é feito de tecnologia de telecomunicações com disponibilidade imediata, emite um feixe de luz infravermelha de banda larga. Enquanto a maioria dos lasers emite luz do comprimento de uma onda, ou cor, lasers supercontínuos como este emitem um feixe apertado, repleto de colunas de luz, que abrangem uma variedade de comprimentos de onda – uma mistura de cores. Porque este feixe fica na região do infravermelho, é invisível aos olhos humanos. Mas ele pode esclarecer informações profundas.

O infravermelho contém o que os cientistas se referem como impressão digital da faixa espectral – freqüências em que eles podem detectar os ecos das vibrações das moléculas que compõem uma substância sólida. A impressão digital espectral revela quais comprimentos de onda da luz ela absorveu, e quais ela refletiu. Diferentes substâncias absorvem e refletem diferentes comprimentos de onda. Assim pelo brilho do novo laser em um alvo e analisando a luz refletida, os pesquisadores podem descobrir a composição química do alvo.

“Uma estrutura cinza parece cinza na luz visível, mas no infravermelho, você pode ver não apenas a forma, mas também o que está dentro dela”, disse Islam.

Até certo ponto, o Exército usa ainda hoje, impressões digitais espectrais para identificar alvos, Islam disse. Mas ele depende do sol para ter luz, o que pode ser um problema em um dia nublado ou à noite.

Enquanto os lasers infravermelhos de banda larga já existem, esta é mais poderosa, Islam disse. Sua equipe testou um protótipo de 5 watts. Eles construíram uma versão 25.7 watts. E agora eles estão trabalhando em um protótipo de 50 watts, que está programado para ser testado em campo ainda este ano.

Estes lasers de maior potência poderiam dar a uma aeronave, que está em altitudes mais elevadas, a capacidade de iluminar uma região com um brilho comparável à luz do sol, e depois reproduzir a imagem daquela região. Muitos sensores químicos em uso hoje trabalham de perto, mas poucos, se houver algum, pode fazer o trabalho de uma longa distância.

Além de aplicações militares, este dispositivo tem potencial para melhorar as tecnologias de revista pessoal nos aeroportos.

“Aqueles equipamentos estão à procura de saliências onde não deveriam haver saliências,” disse Islam. “Eles estão procurando por formas estranhas ou diferentes. Mas eles não podem ver a composição química dessas formas. É por isso que você tem que tirar os sapatos. Mas nosso laser pode detectar a composição química”.

Os pesquisadores foram capazes de construir o laser utilizando sua abordagem patenteada, que usa tecnologia de ótica de fibra de telecomunicações existentes atualmente no mercado e aproveita a física natural dessa fibra para gerar a luz.

Em 2012, a equipe passou uma semana no campo de provas da base aérea Wright Patterson, testando o protótipo de 5 watts. Cientistas e engenheiros de várias entidades participaram: do Laboratório de Pesquisa das Forças Aéreas, do Science Applications International Corporation, da empresa independente Omni da U-M e da U-M. Eles colocaram o laser em uma torre de 12 andares e direcionaram seu feixe para alvos de aproximadamente uma milha de distância da pista. Diversos instrumentos do laboratório e câmeras científicas foram usados para verificar a qualidade do feixe e nível do sinal.

“Os testes demonstraram que o feixe de laser colimado se propagou com difração mínima e que vários exemplos poderiam ser identificados por um padrão espectral correspondente,” disse Islam.

O estudo é intitulado “Power scalable >25W supercontinuum laser from 2-2.5 μm with near diffraction limited beam and low output variability.” A empresa Omni Sciences, Inc. licenciou a tecnologia de Islam, da Universidade de Michigan. Islam tem um interesse financeiro na empresa. O trabalho foi financiado por meio de um contrato com o Laboratório de Pesquisa das Forças Aéreas.