Por Pesach Benson • 11 de março de 2026

Jerusalém, 11 de março de 2026 (TPS-IL) — Cientistas israelenses desenvolveram um dispositivo óptico microscópico que pode combinar a luz de dezenas de pequenos lasers semicondutores em uma única fibra óptica com perda mínima de energia, simplificando potencialmente sistemas de laser de alta potência, comunicações ópticas e sistemas de sensoriamento e imagem.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade Hebraica de Jerusalém — liderada pelo estudante de doutorado Yoav Dana sob a orientação do Professor Dan M. Marom no Instituto de Física Aplicada da universidade — criou um pequeno dispositivo impresso em 3D conhecido como lanterna fotônica que pode fundir a luz de muitos lasers em uma única fibra óptica multimodo, preservando o brilho. Sua principal descoberta foi mostrar que o dispositivo pode combinar eficientemente a luz de lasers que emitem múltiplos modos espaciais — algo que projetos anteriores de lanternas fotônicas não conseguiam fazer.

Em uma fibra óptica, a luz nem sempre viaja como um único feixe estreito. Em vez disso, ela pode se mover através da fibra em diferentes padrões em sua seção transversal. Esses padrões são chamados de modos espaciais. Em uma fibra monomodo, apenas um padrão de luz pode viajar, enquanto em uma fibra multimodo, vários padrões podem se mover ao mesmo tempo, cada um seguindo um caminho ligeiramente diferente através da fibra. Uma analogia comum compara modos espaciais a faixas em um túnel: um túnel estreito permite apenas uma faixa de tráfego, enquanto um túnel mais largo permite várias faixas, com cada faixa representando um modo espacial diferente transportando luz através da fibra.

Sistemas de laser de alta potência frequentemente dependem da combinação de luz de muitos lasers menores para alcançar maior saída. No entanto, acoplar eficientemente essas fontes em uma fibra tem sido um desafio técnico, especialmente quando os lasers emitem múltiplos modos espaciais de luz. Lanternas fotônicas tradicionais foram projetadas para entradas monomodo, tornando-as inadequadas para a luz multimodo produzida por arrays de lasers de emissão de superfície de cavidade vertical (VCSELs) de alta potência, que são amplamente utilizados em comunicações ópticas, sistemas de sensoriamento e lasers industriais de alta potência.

A equipe da Universidade Hebraica resolveu esse problema projetando um novo tipo de lanterna fotônica multimodo que permite que múltiplas fontes de laser multimodo se fundam suavemente em uma única fibra multimodo através de uma transição óptica cuidadosamente projetada.

Uma representação de uma lanterna fotônica em microescala impressa diretamente em um chip VCSEL. Crédito Yoav Dana/TPS-IL

Em experimentos, os cientistas demonstraram dispositivos capazes de combinar 7, 19 e até 37 lasers VCSEL em uma única fibra. Como cada laser produz vários modos espaciais de luz, o sistema foi capaz de suportar até 222 modos espaciais no total.

Apesar de combinar dezenas de entradas de laser, os dispositivos permaneceram extremamente pequenos. Toda a estrutura da lanterna fotônica tem menos de meio milímetro de comprimento, muitas ordens de magnitude menor do que os sistemas tradicionais de multiplexação óptica que dependem de lentes e conjuntos ópticos maiores.

Os dispositivos também mantiveram alta eficiência, com perdas de acoplamento de apenas cerca de 0,6 decibéis para um dispositivo de 19 entradas e cerca de 0,8 decibéis para uma versão de 37 entradas.

As novas lanternas fotônicas prometem transformar sistemas de laser de alta potência combinando a saída de muitos lasers pequenos em uma única fibra, produzindo feixes poderosos e concentrados em um dispositivo muito menor e mais compacto do que os sistemas tradicionais. Seu tamanho microscópico e alta eficiência os tornam ideais para aplicações onde o espaço é limitado, permitindo tecnologias de laser portáteis ou miniaturizadas que ainda entregam potência óptica significativa.

As lanternas fotônicas podem aumentar muito a capacidade de dados das redes de fibra óptica e permitir avanços em comunicações ópticas, sensoriamento e pesquisa científica. Elas suportam medições mais precisas em imagens médicas, LiDAR para veículos autônomos e robótica, e podem capturar e canalizar fontes de luz complexas em astronomia.

O estudo, financiado pela Autoridade de Inovação de Israel e conduzido com a empresa israelense Civan Lasers, foi publicado na revista revisada por pares *Nature Communications*.