Son yarım yüzyılda, lazer teknolojisi milyarlarca dolarlık bir küresel endüstri haline geldi ve optik disk sürücüler ve barkod tarayıcılardan cerrahi ve kaynak ekipmanlarına kadar her şeyde kullanıldı.
Şimdi, lazerler ileriye doğru bir adım atmaya hazırlanıyor: Case Western Reserve Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, dünyanın dört bir yanındaki ortaklarla işbirliği yaparak, harici voltaj uygulayarak bir lazerin çıkış ışınlarının yönünü kontrol edebildiler.
Bu, son 15 yılda “rasgele lazerler”le deney yapan bilim insanları arasında tarihi bir ilk…
Ohio Case Western Reserve Üniversitesi İleri Malzemelerin Yüzeyleri Araştırma Profesörü Giuseppe Strangi, “Yapılması gereken çok iş var. Ama bu, lazer emisyonunun harici bir voltaj uygulayarak yönlendirilebildiği ve transistör ile rastgele bir lazerin açık bir ilk kanıtıdır,” diyor.
Araştırmayı yöneten Strangi ve işbirlikçileri yakın zamanda Nature Communications dergisinde yayınlanan bir makalede bulgularını özetledi. Finlandiya Ulusal Bilimler Akademisi tarafından finanse edilen proje, ikinci nesil lazerlere özgü belirli fiziksel sınırlamaların üstesinden gelmeyi amaçladı.
Lazer Başarıları, Lazer Sınırlamaları
Lazer teknolojisinin tarihi, ışığın benzersiz kaynağı, telekomünikasyon, biyomedikal ve ölçüm teknolojisi dahil olmak üzere modern yaşamın hemen her alanında devrim yaptığı için hızlı bir şekilde ilerlemiştir.
Ancak lazer teknolojisi de önemli eksiklikler nedeniyle engelleniyordu: Kullanıcıların sadece ışığı lazerle hareket ettirmek için ışığı yansıtan cihazı fiziksel olarak manipule etmek zorunda kalmaları değil; aynı zamanda işlevlerini yerine getirmeleri için, parçaların hassas bir şekilde hizalanmasını ve üretilmesinin pahalı olmasını gerektiriyor.
Bu sınırlamalar çok yakında ortadan kaldırılabildi: İtalya, Finlandiya ve Birleşik Krallık’taki Strangi ve araştırma ortakları, son zamanlarda nano ölçekli de dahil olmak üzere rastgele lazer ışığını üretmek ve değiştirmek için yeni bir yol gösterdi.
Strangi, bu durumun tıbbi bir prosedürün daha doğru ve daha az invaziv bir şekilde yapılmasına veya bir kadranın çevresi ile bir fiber optik iletişim hattının yeniden yönlendirilmesine yol açabileceğini söyledi.
‘Rasgele’ Lazerler Daha İyi
Peki lazerler gerçekten nasıl çalışır? Geleneksel lazerler, belirli bir cihazda bir optik boşluk veya açıklıktan oluşur. Bu boşluk içinde ışığı yayan ve bir çift aynayı yayan ve büyüten bir fotolüminesan materyaldir. Aynalar, fotonları veya ışık parçacıklarını, lazerden yayılan kırmızı lazer ışını üretmek için belirli bir frekansta ileri ve geri sıçramalarını zorlar.
Strangi “Ama ya onu küçültmek ve aynalardan kurtulmak, boşluğa sahip olmayan bir lazer yapmak ve nano ölçeğe inmek istiyorsak? Bu gerçek dünyada bir problemdi ve neden bu yüzyılın sonuna kadar rasgele lazerlerle ilerleyemedik.”
Son 15 yıldır ciddi bir şekilde araştırılan rastgele lazerler, ilk önce 1960 yılında ortaya çıkarılan orijinal teknolojiden, çoğunlukla bu yansıtılmış boşluğa güvenmedikleri için farklıdır.
Rasgele lazerlerde, birçok yönden yayılan fotonlar, bir ışık-kristal ortamına ışık saçarak, sonuçta elde edilen parçacıkları o ışığa yönlendirerek kırılırlar. Bu nedenle geleneksel uygulamalarda ihtiyaç duyulan büyük, aynalı yapıya ihtiyaç yoktur.
Strangi ve araştırmacılar tarafından “soliton” olarak adlandırılan sonuç dalgası, dağınık fotonların izlenmesi gereken bir kanal olarak işlev görüyor.
Soliter Dalgalar
Strangi, bunun nasıl çalıştığını anlamanın bir yolu da, sörfçülerin (ve tatlı su balıklarının) nehirler ve okyanus gelgitlerinin belirli nehirlerde çarpıştırabildiği “soliter dalgaların” hafif parçacıklı bir versiyonunu öngörmesidir.
Son olarak, araştırmalar sıvı kristale, kullanıcının tüm yapıyı hareket ettirmek yerine, lazeri bir kadranla “yönlendirmesini” sağlayan bir elektrik sinyali ile vurdu.
Strangi: “Bu yüzden biz ‘transistör diyoruz, çünkü zayıf bir sinyal (soliton) güçlü olanı kontrol ediyor. Lazerler ve transistörler geçen yüzyılda devrim yapan iki öncü teknoloji olmuştur. Bunların her ikisinin de aynı fiziksel sistemde iç içe olduğunu keşfettik.”
Araştırmacılar sonuçlarının, spektroskopide (fiziksel ve analitik kimyada olduğu kadar astronomi ve uzaktan algılamada kullanılan) pratik uygulamalara, çeşitli tarama ve biyomedikal prosedürlere daha rasgele lazerler getireceğine inanıyor.