За последние полвека лазерная технология превратилась в мировую отрасль с многомиллиардным оборотом и использовалась во всем: от приводов оптических дисков и сканеров штрих-кода до хирургического и сварочного оборудования.
Не говоря уже о лазерных указках, которые развлекают и сбивают с толку вашу кошку.
Теперь лазеры готовы сделать еще один шаг вперед: исследователи из Case Western Reserve University в сотрудничестве с партнерами по всему миру смогли контролировать направление выходного луча лазера, подавая внешнее напряжение.
Это первый исторический проект среди ученых, которые экспериментировали с так называемыми « случайными лазерами » в течение последних 15 лет или около того.
«Предстоит еще много работы, но это явное первое доказательство транзисторного случайного лазера, в котором лазерное излучение можно направлять и регулировать, прикладывая внешнее напряжение», - сказал Джузеппе Странги, профессор и исследователь поверхности из Огайо. передовых материалов в Университете Кейс Вестерн Резерв.
Странги, который руководил исследованием, и его сотрудники недавно изложили свои выводы в статье, опубликованной в журнале Nature Communications . Проект, финансируемый Национальной академией наук Финляндии, был направлен на преодоление определенных физических ограничений, присущих второму поколению лазеров.
Успехи лазеров, ограничения лазеров
История лазерных технологий стремительно развивалась, поскольку уникальный источник света произвел революцию практически во всех областях современной жизни, включая телекоммуникации, биомедицину и измерительные технологии.
Эти ограничения могут быть вскоре сняты: Странги и партнеры по исследованиям в Италии, Финляндии и Великобритании недавно продемонстрировали новый способ генерации случайного лазерного излучения и управления им, в том числе в наномасштабе.
В конечном итоге это может привести к более точному и менее инвазивному проведению медицинской процедуры или изменению маршрута оптоволоконной линии связи с помощью поворотного переключателя, сказал Странги.
Так как же на самом деле работают лазеры?
Обычные лазеры состоят из оптического резонатора или отверстия в данном устройстве. Внутри этой полости находится фотолюминесцентный материал, излучающий и усиливающий свет, и пара зеркал. Зеркала заставляют фотоны или световые частицы отскакивать назад и вперед с определенной частотой, создавая красный лазерный луч, который, как мы видим, исходит от лазера.
«Но что, если бы мы хотели уменьшить его, избавиться от зеркал, создать лазер без резонатора и перейти к наномасштабу?» он спросил. «Это было проблемой в реальном мире, и почему мы не могли пойти дальше, пока на рубеже веков не использовались случайные лазеры».
Таким образом, случайные лазеры, которые всерьез исследуются в течение последних 15 лет, отличаются от оригинальной технологии, впервые представленной в 1960 году, главным образом тем, что они не полагаются на зеркальный резонатор.
В случайных лазерах фотоны, излучаемые во многих направлениях, вместо этого направляются сияющим светом в жидкокристаллическую среду, направляя полученные частицы этим лучом света. Следовательно, нет необходимости в большой зеркальной структуре, которая требуется в традиционных приложениях.
Результирующая волна, названная Странги и исследователями «солитоном», функционирует как канал для рассеянных фотонов, чтобы следовать за ними, теперь уже по упорядоченному, сконцентрированному пути.
По словам Странги, один из способов понять, как это работает, - это представить себе версию «уединенных волн», состоящую из легких частиц, на которых серферы (и пресноводные рыбы) могут кататься, когда реки и океанские приливы сталкиваются в определенных устьях.
Наконец, исследователи воздействуют на жидкий кристалл электрическим сигналом, который позволяет пользователю «управлять» лазером с помощью шкалы, а не перемещать всю структуру.
«Это большая разработка этой команды», - сказал Странги.
«Вот почему мы называем его« транзистором », потому что слабый сигнал (солитон) управляет сильным сигналом - выходом лазера ». - сказал Странги. «Лазеры и транзисторы были двумя ведущими технологиями, которые произвели революцию в прошлом веке, и мы обнаружили, что они оба связаны в одной физической системе».
Исследователи полагают, что их результаты приблизят случайные лазеры к практическим применениям в спектроскопии (используемой в физической и аналитической химии, а также в астрономии и дистанционном зондировании), различных формах сканирования и биомедицинских процедура
