Um processo com laser duplica a luminosidade  de uma lâmpada comum com a mesma quantidade de energia

		Chunlei Guo em frente de seu laser de femtossegundo que pode duplicar a eficiência de uma lâmpada incandescente comum. Foto da Universidade de Rochester.

Um laser ultra-poderoso pode tornar uma lâm­pada incandescente comum em uma lâmpada altamente econômica, segundo os pesqui­sa­dores da Universidade de Rochester. Com o pro­cesso, se pode criar uma lâmpada com a lu­mi­nosidade de uma de 100 W, com um con­sumo inferior ao de uma de 60 W, de fabri­cação mais barata e com uma luz mais agra­dável do que as lâmpadas fluorescentes.

O processamento com laser cria um arranjo de estruturas em nano e micro-escala na super­fície de um filamento de tungstênio comum — aquele fiozinho dentro da lâmpada — e essas estruturas tornam o tungstênio muito mais efi­ciente na irradiação de luz.

As descobertas serão publicadas em uma pró­xima edição de Physical Review Letters.

Chunlei Guo, professor associado de óptica na Universidade de Rochester, diz: “Nós vínhamos fazendo experiências com lasers ultra-rápidos para modificar as propriedades de metais e imaginamos o que po­de­ria acontecer se aplicássemos o laser em um filamento. Nós disparamos o laser através do bulbo de vidro e alteramos uma pequena área no filamento. Quando acendemos a lâmpada, podemos ver que realmente aquele pedacinho es­ta­va brilhando mais do que o resto do filamento, mas o consumo de energia da lâmpada não se alterou”.

A chave para a criação desse super-filamento é um feixe de luz, ultra-breve e
ultra-intenso, chamado de pulso laser de femtossegundo. O jato de laser dura apenas poucos quadrilhonésimos de segundo. Para ter uma idéia sobre esse tipo de velocidade, considere que um femtossegundo está para um segundo o que um segundo está para 32 milhões de anos. Durante esse breve jato, o laser de Guo libera a mesma potência que toda a rede elétrica da América do Norte sobre um pontinho do tamanho da ponta de uma agulha. O impacto intenso força a superfície do metal a formar nano e micro-estruturas que alteram drama­ticamente o quão eficientemente o filamento pode irradiar luz.

Em 2006, Guo e seu assistente, Anatoliy Vorobeyv, usaram um processo a laser similar para tornar qualquer metal totalmente preto. As estruturas criadas na superfície do metal eram incrivelmente eficazes em capturar as radiações, tais como a luz.

“Existe uma lei da natureza muito interessante, do tipo ‘quanto mais absorve, mais emite’, que governa as quantidades de luz absorvidas e emitidas por um material”, explica Guo. Já que o metal enegrecido era extremamente bom em absorver luz, ele e Vorobyev decidiram estudar o processo reverso — se o fila­mento enegrecido irradiaria luz mais eficientemente também.

“Nós sabíamos que, em teoria, devia funcionar. Mesmo assim, ficamos surpresos quando ligamos a lâmpada e vimos o quanto o ponto processado era mais lumi­noso”, conta Guo.

Além de aumentar a luminosidade de uma lâmpada, o processo de Guo pode ser usado para ajustar a cor da luz, também. Em 2008, sua equipe usou um pro­cesso similar para mudar a cor de praticamente todos os metais para azul, dou­rado e cinzento, além do preto que eles já tinham obtido. Guo e Vorobyev usa­ram esse conhecimento sobre como controlar o tamanho e o formato das nano­estruturas — e, assim, quais cores essas estruturas irão absorver e irradiar —  para modificar as quantidades de luz irradiada pelo filamento em cada compri­mento de onda. Embora Guo ainda não seja capaz de fazer com que uma lâm­pada comum emita apenas luz azul, por exemplo, ele pode modificar o espectro irradiado em geral de forma a que o tungstênio, que normalmente irradia uma luz amarelada, possa irradiar uma luz mais puramente branca.

A equipe de Guo conseguiu até que um filamento irradiasse luz parcialmente polarizada, o que até agora tinha se mostrado impossível de faze sem filtros es­pe­ciais que reduzem a eficiência da lâmpada. Criando nano-estruturas em filei­ras estreitas paralelas, parte da luz emitida pelo filamento se torna polarizada.

A equipe está agora trabalhando para descobrir outros aspectos de uma lâm­pada comum que eles possam controlar. Felizmente, apesar da incrível inten­sidade envolvida, o laser de femtossegundo pode ser alimentado por uma sim­ples fonte de parede, o que significa que, quando o processo for refinado, am­pliá-lo de forma melhorar lâmpadas comuns deve ser algo relativamente simples.

Guo também está anunciando neste mês em Applied Physics Letters
uma téc­nica que usa um processo com laser de femtossegundo similar para fazer um pe­daço de metal movimentar automaticamente um líquido em torno de sua super­fície e até fazer o líquido subir contra a gravidade.

Esta pesquisa teve o apoio do Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea dos EUA.

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