Investigadores da Escola Politécnica Federal de Lausana (EPFL) conseguiram o que a comunidade de fotónica integrada perseguia há mais de duas décadas: um laser ultrafast que cabe num chip fotónico e rivaliza com os lasers de mesa que ocupam laboratórios inteiros. O trabalho foi publicado a 3 de junho na revista Nature.
A cavidade laser de 42 cm está dobrada num espaço do tamanho de uma cabeça de fósforo. O chip está sobre uma moeda de 1 franco suíço para demonstrar a escala. ©2026 EPFL / Zheru Qiu
O 'Santo Graal' da fotónica
Os lasers ultrafast emitem pulsos de luz que duram apenas algumas centenas de femtossegundos — um femtossegundo é um quadrilionésimo de segundo (10⁻¹⁵ s). Estes pulsos alimentam desde a micromaquinagem de precisão e cirurgia ocular até aos pentes de frequência ótica, tecnologia premiada com o Nobel que está no coração dos relógios atómicos mais precisos do mundo.
O problema é que, até agora, estes lasers eram sistemas volumosos e caros, ocupando mesas óticas inteiras. A equipa liderada pelo prof. Tobias J. Kippenberg (Laboratório de Fotónica e Medições Quânticas) resolveu o problema com uma arquitetura surpreendentemente simples — o oscilador Mamyshev — que a comunidade de fotónica integrada tinha ignorado durante anos.
Durante mais de vinte anos, um laser de femtossegundos de alta energia num chip foi considerado o santo graal da fotónica integrada. O nosso resultado mostra que não só é possível, como pode ser alcançado com uma arquitetura surpreendentemente elegante que a comunidade tinha ignorado.
— Prof. Tobias J. Kippenberg, EPFL
Como funciona
O chip é fabricado em nitreto de silício dopado com érbio e integra guias de onda microscópicas que confinam e guiam a luz. No interior do chip, uma guia de onda não linear está colocada entre dois filtros óticos, cada um calibrado para uma fatia diferente do espetro luminoso. Quando um pulso intenso atravessa a guia de onda, alarga-se num leque mais amplo de cores, conseguindo passar ambos os filtros e continuar a circular na cavidade. A luz fraca não se alarga o suficiente — é bloqueada pelos filtros e eliminada do ciclo.
Este mecanismo de 'seleção natural' da luz permite gerar pulsos de altíssima energia sem os problemas de instabilidade que afetam outras arquiteturas em escala micrométrica.
Números do avanço
Fonte: Qiu et al., Nature 654, 57 (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10517-4
O que isto permite
O salto é triplo. Primeiro, o custo: como os chips fotónicos se fabricam em wafer — exatamente como os microchips de silício — é possível produzir mais de mil cavidades laser de uma só vez, reduzindo drasticamente o preço unitário. Segundo, a portabilidade: o laser cabe num espaço minúsculo, abrindo caminho a dispositivos portáteis para deteção de poluentes, inspeção de materiais e diagnósticos médicos descentralizados. Terceiro, os relógios atómicos óticos compactos: os pentes de frequência gerados por estes lasers podem levar a sistemas de navegação mil vezes mais exatos que o GPS atual.
Com potências de pico ao nível do quilowatt, o chip pode alimentar aplicações exigentes que durante anos dependeram de lasers de laboratório grandes e caros.
— Zheru Qiu, co-autor principal, EPFL
Projeção Portugal
Portugal tem centros de investigação de renome em fotónica que podem beneficiar diretamente deste avanço. O INESC TEC (Porto) tem grupos dedicados a dispositivos fotónicos e sensores em chip. O Instituto de Telecomunicações (Aveiro, Coimbra, Lisboa) trabalha em comunicações óticas e fotónica de silício. O International Iberian Nanotechnology Laboratory (INL), em Braga, fabrica e caracteriza dispositivos em escala nanométrica. O IST (Lisboa) tem investigação ativa em comunicações quânticas. O trabalho foi financiado pela Swiss National Science Foundation e pela US Air Force Office of Scientific Research.
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