Laseres aleatórios: fundamentos, aplicações e preparação de amostras opticamente ativas

Abstract

Os laseres aleatórios têm sido o objeto de estudo de diversas áreas pois possuem características peculiares que permitem sua utilização em inúmeras aplicações, que vão desde dispositivos fotônicos até fontes para bioimageamento. Esses sistemas não necessitam de uma cavidade óptica tradicional como nos laseres convencionais. Em vez disso, a emissão de um laser aleatório pode ser observada quando uma fonte de luz externa é incidida sobre um material opticamente ativo contendo partículas espalhadoras que estão distribuídas de maneira desordenada em seu interior. O espalhamento de luz nestes meios é fundamental para o sucesso dos laseres aleatórios devido ao aumento do caminho óptico e do tempo de interação com o meio ativo. Uma ampla variedade de materiais pode ser utilizada em sistemas de laseres aleatórios. Por isso, nesse trabalho foi proposta a preparação de diferentes matrizes poliméricas, funcionalizadas com um composto opticamente ativo, a Rodamina B, e nanoesferas de dióxido de silício (SiO2) incorporadas em diferentes concentrações, as quais atuam como centros espalhadores, fundamentais para o funcionamento do sistema. Os resultados mostram que as estruturas poliméricas funcionalizadas produzidas podem ser empregadas em experimentos de laseres aleatórios e exibem um perfil de intensidade ressonante (ou coerente) quando excitadas por um laser pulsado (λ=532nm, 12 ns e energia variável de 0,6 até 3,25 µJ). Observou-se também a existência de um limiar para incorporação de nanoesferas nas matrizes poliméricas. Acima desse limiar, a intensidade emitida pela amostra diminui drasticamente, diminuindo a eficiência do sistema.

Random lasers have been evaluated in several studies, allowing their use in many applications, ranging from photonic devices to sources for bioimaging. These systems do not require a customary optical cavity as in conventional lasers. Instead, the intensity profile of a random laser can be observed when an external light source is focused into an optically active material, containing scattering particles that are disorderly distributed in the volume. Light scattering inside the sample is essential to the achievement of random lasers, due to the increase in the optical path and interaction time with the active medium. A wide variety of materials can be used in random laser systems. Therefore, in this work, we proposed the preparation of different polymeric matrices, functionalized with an optically active compound, Rhodamine B, and silica (SiO2) nanospheres, which are added in different concentrations into the polymer, acting as scattering centers, essential for the operation system. The results show that the functionalized polymeric structures can be employed in random laser experiments, exhibiting a resonant (or coherent) feedback, when excited by a pulsed laser (=532nm, 12 ns, ranging the energy from 0.6 to 3.25 µJ). It was also observed a threshold for incorporation of nanospheres into polymeric matrices. Above this value, the intensity emitted by the sample drastically decreases, reducing the system's efficiency.