اختصاصی دیدبان شمال:
به گزارش دیدبان شمال از اینترستینگ انجینیرینگ، طبق گزارشها، محققان چینی روش جدیدی را برای افزایش چشمگیر تعاملات لیزری فوق سریع بدون افزایش کلی توان لیزر ارائه دادهاند. یافتههای آنها میتواند به طور بالقوه دریچهای به سوی سیستمهای نوری با شدت بالا، ایمنتر و دقیقتر بگشاید.
در مطالعهای که در مجله نیچر منتشر شد، محققان به رهبری جیان وو در دانشگاه نرمال شرق چین این کشف را با استفاده از نوعی نور کوانتومی که به عنوان خلاء فشرده روشن شناخته میشود، انجام دادند.
با استفاده از این، آنها یک فرآیند نوری غیرخطی کلیدی را در مقایسه با یک پالس لیزر معمولی که همان انرژی متوسط را حمل میکند، بیش از 20 برابر افزایش دادند.
به گفتهی این تیم، کار آنها یکی از بزرگترین محدودیتها در فیزیک لیزر مدرن را برطرف میکند.
در حال حاضر، بسیاری از اثرات نوری پیشرفته به برهمکنشهای غیرخطی متکی هستند، که در آن چندین فوتون تقریباً به طور همزمان با ماده برهمکنش میکنند. این امر برای زمینههای مختلف از فیزیک آتو-ثانیه (۱۰-۸ ثانیه) گرفته تا تولید هارمونیک بالا و تصویربرداری فوق سریع بسیار مهم است.
20 برابر تقویت شده، بدون قدرت اضافی
مشکل این است که اثرات غیرخطی معمولاً به پالسهای لیزر بسیار شدید نیاز دارند که میتوانند به خود مواد یا سیستمهای مورد مطالعه آسیب برسانند.
این تیم به جای افزایش توان لیزر، رفتار آماری خود نور را تغییر داد. برخلاف نور لیزر استاندارد، که در آن فوتونها با سرعت نسبتاً ثابتی میرسند، خلاء فشرده و درخشان، نوسانات شدیدی در چگالی فوتون ایجاد میکند.
این امر باعث ایجاد انفجارهای کوتاهمدت با شدت لحظهای بسیار بالا میشود، حتی زمانی که میانگین کلی انرژی متوسط باقی بماند. این تمایز بسیار مهم بود.
برای آزمایش این ایده، محققان از منبع نور کوانتومی برای ایجاد یونیزاسیون تونلی در اتمهای سدیم استفاده کردند. در این فرآیند، یک میدان الکترومغناطیسی به اندازه کافی شدید، سد پتانسیل اتم را چنان قوی تحریف میکند که یک الکترون میتواند به طور مؤثر از طریق اثرات مکانیک کوانتومی تونل بزند.
این تیم دریافت که یک پالس خلاء فشردهی درخشان که حاوی تنها ۳۰۰ نانوژول انرژی متوسط است، همان اثر یونیزاسیون غیرخطی یک پالس لیزر معمولی با بیش از ۲۰ برابر شدت مؤثر را تولید میکند.
نکته مهم این است که این افزایش بدون افزایش میانگین توان حاصل شده و خطر آسیب حرارتی یا ساختاری را کاهش میدهد.
محققان همچنین نشان دادند که میتوانند قدرت برهمکنش را با تغییر خواص آماری کوانتومی نور تنظیم کنند، نه با تغییر خود انرژی پالس.
به طور سنتی، اثرات غیرخطی قویتر به لیزرهای به تدریج قدرتمندتر نیاز داشتهاند. این کار نشان میدهد که نوسانات کوانتومی با دقت مهندسی شده میتوانند با هزینههای انرژی بسیار کمتر به نتایج مشابهی دست یابند.
چند کاربرد بسیار مهم
این یافتهها میتواند به ویژه برای علم اتوثانیه، حوزهای که بر مشاهده دینامیک الکترون در مقیاسهای زمانی اندازهگیری شده در میلیاردم یک میلیاردم ثانیه تمرکز دارد، مهم باشد.
آزمایشهای آتوثانیه معمولاً به شدتهای بسیار بالای لیزر نیاز دارند که اغلب مواد و اجزای نوری را به مرز آسیب نزدیک میکند.
با استفاده از حالتهای نوری مهندسیشده کوانتومی به جای مقیاسبندی توان با نیروی بیرحمانه، محققان در نهایت میتوانند کنترل دقیقتری بر برهمکنشهای فوقسریع به دست آورند و در عین حال آسیبهای جانبی به سیستمهای آزمایشگاهی را کاهش دهند.
این مطالعه همچنین روند وسیعتری را در مهندسی اپتیک و کوانتومی برجسته میکند. فیزیکدانان به جای اینکه نوسانات کوانتومی را به عنوان نویزی که باید به حداقل برسد در نظر بگیرند، به طور فزایندهای در حال بررسی راههایی برای استفاده از آنها به عنوان ابزارهای کاربردی هستند.
اگرچه این رویکرد همچنان در سطح بالایی تجربی است، نتایج نشان میدهد که خواص آماری کوانتومی نور ممکن است به اندازه توان لیزر خام در نسلهای آینده فناوری نوری فوق سریع اهمیت پیدا کند.
