Всё об освоении космоса

Разделы

Объявления

Реклама

Звуковые лазеры всё ближе к реальности


Спустя пятьдесят лет после изобретения оптического лазера, две отдельных группы исследователей независимо друг от друга сделали важные шаги на пути к созданию фононных лазеров – лазеров, которые испускают очень высокочастотные, скоординированные звуковые, а не световые волны. Исследования, касающиеся этой проблемы, были изданы в журнале Physical Review Letters, и смогли привести к мысли о полностью новом виде лазера, который мог бы получить ценное применение в медицинской диагностике.

Квантовая природа света делает возможной “стимулируемую эмиссию” – последовательное испускание фотонов с одной и той же частотой и фазой. Это было предсказано в 1917 году Альбертом Эйнштейном и впервые осуществлено в 1960, когда был построен первый оптический лазер.

Звуковые лазеры всё ближе к реальности

Несмотря на некоторые фундаментальные различия, свет и звуковые волны формируются из квантов, что означает возможность существования звуковых лазеров (или “сазеров”). Исследователи работали над звуковыми лазерами в течение некоторого времени, но до сих пор не могли создать такой, который мог бы работать очень высокой (терагерц) частоте.

Интерес вокруг звуковых лазеров не является только лишь академическим: звук распространяется на скорости, которая приблизительно в 100 000 раз меньше скорости света, и поэтому имеет пропорционально меньшую длину волны, наряду с более низкими уровнями энергии. Комбинация этих двух факторов означает, что звуковые лазеры могли бы обеспечить прецизионный осмотр живых тканей без их повреждения (как это часто бывает в случае оптического осмотра).

Главное препятствие для реализации высокочастотного лазера состоит в том же, что и делает его настолько привлекательным: более короткие длины волн осложняют синхронизацию и фокусировку квантовых частиц, то есть делает трудной задачу их когерентного излучения и создания “стимулируемой эмиссии” в фононах.

Две группы ученых из США и Великобритании занялись этой проблемой, используя различные подходы, и обе значительно продвинулись по пути создания лазеров. Группа из Калифорнийского Технологического института собрала пару микроскопических полостей, которые позволяют испускаться только определенным частотам фононов и, тем самым, эффективно создав резонатор, который гарантирует, что волны всегда находятся в одной фазе относительно друг-друга.

Вторая группа от Ноттингемского Университета в Великобритании выбрала другой подход: она создала свое устройство при помощи электронов, перемещающихся через ряд структур, известных как “квантовые колодцы”. Всякий раз, когда электрон переходит от одного “колодца” к другому, испускается фонон. Несмотря на то, что у этой системы нет свойств истинного фононного излучения, испытания показали, что она усиливает высокочастотный звук и могла бы использоваться в будущем как исходный блок первого звукового лазера.

Оба этих исследования – важные научные прорывы, которые однажды воплотятся на практике в высокочастотных фононных лазерах. В то же время, трудно предсказать сразу же, какие последствия это могло иметь в конечном счете – оптический лазер посчитали практически бесполезным вскоре после его изобретения. Однако, медицинская наука извлечет очень большую выгоду из дальнейшего совершенствования лазеров даже в ближайшей перспективе.

Кстати, любителям технических развлечений посоветую обратить внимание на конструктор лего 10119 – Ваши дети оценят его по достоинству.

Смотрите также: