A tökéletes lézerblokkoló: megépült a világ első antilézere

Több mint ötven évvel a lézer feltalálása után a Yale Egyetem tudósai megépítették az első antilézer készüléket, amelyben az egymással találkozó fénysugarak szinte tökéletesen kioltják egymást. A felfedezés számos új technológia alkalmazása előtt nyithatja meg az utat, az optikai számítógépektől a radiológiáig.

Az 1960-ban feltalált hagyományos lézerek egy úgynevezett erősítő közeget, általában egy félvezetőt, gallium-arzenidet használnak az azonos frekvenciájú és fázisú fény előállításához. Mivel a lézerfény nyalábjának nagyon kicsi a térbeli széttartása, energiája kis helyen koncentrálódik. Az első lézer rubin-alapú volt.

2010-ben Douglas Stone és kutatócsoportja (Yale) felvetette, hogy fordított működésű lézerkészülék is létezhet, és ez az antilézer a leggyakoribb félvezető anyag, a szilícium felhasználásával megépíthető.

A berendezést mostanra sikerült megépíteni a kutatóknak, az eszköz neve koherens tökéletes abszorber (Coherent Perfect Absorber, CPA) lett. Az antilézerben fényerősítő közeg helyett fénygyengítő közeg van, mely sokkal tökéletesebben nyeli el a fényt az adott hullámhosszon, mint a közönséges anyagok.

A kutatók két adott energiájú és frekvenciájú lézersugarat irányítottak egy szilíciumostyát tartalmazó üregbe, amely a gyengítő közegként működött. Az ostya oly módon hangolta össze a fényhullámokat, hogy azok tökéletesen csapdába estek, többször visszaverődtek, míg végül elnyelődtek, és energiájuk hővé alakult.

Az antilézerben a bejövő fényhullámok csapdába esnek egy üregben, ahol többszörös visszaverődés után végül elnyelődnek, energiájuk hővé alakul

A CPA-nak elméletileg képesnek kell lennie arra, hogy elnyelje a bejövő fény 99,999%-át. A csapat jelenlegi antilézer készüléke egyelőre csak 99,4%-ot nyel el a lézerfényből, de a kutatók biztosak abban, hogy a berendezés továbbfejlesztésével megközelíthető az elméleti korlát. Az első CPA körülbelül egy centiméter átmérőjű, de a számítógépes szimulációk szerint akár egy hat mikronnál (ami egy átlagos emberi hajszál vastagságának körülbelül egyhuszada) kisebb készülék is építhető.

A jelenlegi CPA nem a látható fényben, hanem a közeli infravörösben működik. A most tervezett újabb készülékben az üreg és a gyengítő paraméterei lehetővé teszik majd a látható fény ugyanolyan hatékony elnyelését, mint az infravörösét.

Két, ellentétes irányban haladó lézersugár ütközése egy szilíciumból készített koherens tökéletes abszorberben (CPA), azaz "időfordító lézerben". A nyaláb tulajdonságainak megfelelő választásával a CPA képes teljesen elnyelni, vagy erősen tükrözni/továbbítani a lézerfényt

Az antilézer ötlete először a lézerek komplex fizikájának oktatásakor jutott a kutatók eszébe. Stone didaktikus célzattal azt javasolta, hogy érdemes elgondolkodni egy olyan lézeren, mely a hagyományosnak időbeli megfordítottja, azaz a fényt egy bizonyos frekvencián elnyeli, ahelyett, hogy kibocsátaná. Az ötlet más fizikusoknak is eszébe jutott, publikálták is könyvekben és egyéb tudományos munkákban, de az antilézer gyakorlati megvalósítására nem törekedtek.

Stone szerint a CPA-t a jövőben optikai kapcsolóként, érzékelőként és a következő generációs számítógépek, más néven optikai számítógépek (melyeket az elektronok mellett a fény fog működtetni) egyéb alkatrészeiként lehet majd használni. Egy másik alkalmazás a radiológia lehet, ahol a CPA elvét terápiás vagy képalkotási célra az elektromágneses sugárzás kis térségre való irányítására lehet alkalmazni.

Forrás: Science/AAAS