Δημιουργήθηκε νέο λέιζερ με περιοδικούς ‘σκοτεινούς παλμούς’ που χρησιμοποιεί κβαντικές κουκίδες

Κανονικά, όταν σκέφτεστε ένα λέιζερ θυμάστε ακτίνες του φωτός σαν την εικόνα. Η λέξη λέιζερ παραπέμπει σε ενίσχυση του φωτός όχι σε σκοτάδι. Γι αυτό κι ένα λέιζερ που δεν παράγει φως κανονικά θα ήταν μια σκέτη αποτυχία.

Όμως αυτό δεν ισχύει πλέον – ερευνητές έχουν αναπτύξει αυτό που λέγεται λέιζερ “σκοτεινού παλμού", που χρησιμοποιεί αντίθετα από το κανονικό λέιζερ μη φωτεινούς παλμούς. Με ένα τόσο περίεργο όνομα όπως αυτό, θα σκεφτόσαστε ότι το λέιζερ σκοτεινών παλμών θα ανοίγει τρύπες σε δεξαμενές. Στην πραγματικότητα, είναι εκπληκτικά ήπιο.

Οι επιστήμονες που το ανακάλυψαν, από το Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) καθώς και του Πανεπιστημίου στο Boulder, λένε ότι επειδή οι σκοτεινοί παλμοί του λέιζερ αυτού ή daser (από τα αρχικά ), διασκορπίζονται λιγότερο εύκολα σε σχέση με τους συμβατικούς φωτεινούς παλμούς, γι αυτό και τα σκοτεινά λέιζερ μπορεί να έχουν μελλοντικές εφαρμογές στις τηλεπικοινωνίες ή σε υπολογιστές που βρίσκονται σε δικτύωση. Άλλοι όμως ερευνητές θεωρούν απίθανο ότι θα έχουν ποτέ ευρεία εφαρμογή.

Επίσης, ένα πλεονέκτημα τους είναι ότι οι σκοτεινοί παλμοί έχουν μικρό και ακριβές μήκος κύματος, με λιγότερη διάρκεια από ένα παραδοσιακό λέιζερ, αλλά με μεγαλύτερη σταθερότητα.

Οι Αμερικανοί ειδικοί επιστήμονες έφτιαξαν το λέιζερ αυτό με εκατομμύρια κβαντικές κουκίδες, οι οποίες αντί να παράγουν παλμούς φωτός, εκπέμπουν στην πραγματικότητα παλμούς πυκνού σκοταδιού..

Όπως ήταν αναμενόμενο η νέα εφεύρεση έχει ονομαστεί "λέιζερ σκοτεινού παλμού". Λειτουργεί χρησιμοποιώντας εξαιρετικά έξυπνες κβαντικές κουκίδες, που σε αντίθεση με τις συνηθισμένες κβαντικές κουκίδες είναι κατασκευασμένες από "νανοδομημένα ημιαγωγικά υλικά”, που φτιάχνονται σε ειδικά εργαστήρια.

Οι κβαντικές κουκίδες είναι γνωστές για την ασυνήθιστη συμπεριφορά τους, δήλωσαν οι επιστήμονες. Όταν περνάει ηλεκτρικό ρεύμα μέσα από αυτές τις κουκίδες, τα έξυπνα νανο-υλικά τις αναγκάζουν να συμπεριφέρονται σαν να είναι μεμονωμένα άτομα και ως εκ τούτου όλες τους εκπέμπουν φως με την ίδια συχνότητα και ταυτόχρονα – γι αυτό και εκπέμπεται μια σύμφωνη δέσμη φωτός λέιζερ.

Όμως αυτό δεν είναι και το έξυπνο τμήμα της νέας συσκευής. Το έξυπνο μέρος είναι το εξής:

Το νέο λέιζερ εξαρτάται από την ασυνήθιστη δυναμική ενέργεια των κβαντικών κουκίδων, που έχει ως αποτέλεσμα τη σταθεροποίηση σκοτεινών παλμών. Αφού εκπέμψουν το έντονο σύμφωνο φως τους, οι κβαντικές κουκίδες ξανακερδίζουν ενέργεια από το εσωτερικό πολύ γρήγορα (σε περίπου 1 τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου ή picoseconds, αλλά με βραδύτερους ρυθμούς (περίπου κατά 200 picoseconds) από τις εισροές ενέργειας που προέρχονται έξω από τις κβαντικές κουκίδες στην κοιλότητα του λέιζερ.

Τι δημιουργεί αυτό λοιπόν;

Περιοδικούς παλμούς που ταλαντεύονται ανάμεσα στο “on”, όπου παράγεται το κανονικό φως του λέιζερ, και στο "off", όταν η ποσότητα του φωτός είναι δραματικά μειωμένη κατά περίπου 70 τοις εκατό.

Με λίγα λόγια οι σκοτεινοί παλμοί συνίστανται από απότομες μειώσεις της έντασης (γι αυτό και λέγεται σκοτεινό λέιζερ) σε μια κατά τα άλλα συνεχή ακτίνα φωτός, κάτι που αποτελεί ουσιαστικά το ακριβώς αντίθετο των φωτεινών εκπομπών ενός συμβατικού λέιζερ.

Από μόνο του αυτό δεν θα ήταν εντυπωσιακό, αλλά το λέιζερ των σκοτεινών παλμών γίνεται για λίγο σκοτεινό και στη συνέχεια σε μόλις 90 picoseconds ξαναγίνεται φωτεινό. Καθώς ο σκοτεινός παλμός μπορεί να μετρηθεί, το λέιζερ είναι επομένως ένα μέσο μέτρησης του χρόνου με μεγάλη ακρίβεια.

Οι ερευνητές δούλευαν εδώ και 20 περίπου χρόνια πάνω στην ιδέα ενός σκοτεινού λέιζερ (soliton lasers), αλλά μέχρι τώρα αυτά τα λέιζερ είχαν αποδειχτεί δύσκολα στη δημιουργία και στην χρήση τους. Όμως το νέο σκοτεινό λέιζερ φαίνεται να ξεπερνά αυτά τα προβλήματα.

Η ανακάλυψη αυτή είχε επικεφαλής τον Richard Mirin του NIST και δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Optics Express.