In de laatste halve eeuw, lasertechnologie is uitgegroeid tot een wereldwijde industrie van meerdere miljarden dollars en wordt in alles gebruikt, van optische schijfstations en barcodescanners tot chirurgische en lasapparatuur.

Om nog maar te zwijgen van die laserpointers die uw kat vermaken en verwarren.

Nutsvoorzieningen, lasers staan ​​klaar om nog een stap voorwaarts te zetten:onderzoekers van Case Western Reserve University, in samenwerking met partners over de hele wereld, hebben de richting van de uitgangsstraal van een laser kunnen regelen door externe spanning toe te passen.

Het is een historische primeur onder wetenschappers die de afgelopen 15 jaar hebben geëxperimenteerd met wat zij 'willekeurige lasers' noemen.

"Er is nog veel werk aan de winkel, maar dit is een duidelijk eerste bewijs van een willekeurige transistorlaser, waar de laseremissie kan worden gerouteerd en gestuurd door een externe spanning aan te leggen, " zei Giuseppe Strangi, professor en Ohio Research Scholar in Surfaces of Advanced Materials aan de Case Western Reserve University.

Vreemd, die het onderzoek leidde, en zijn medewerkers hebben onlangs hun bevindingen uiteengezet in een artikel dat in het tijdschrift is gepubliceerd Natuurcommunicatie . Het project, gefinancierd door de National Academy of Sciences van Finland, was gericht op het overwinnen van bepaalde fysieke beperkingen die inherent zijn aan die tweede generatie lasers.

Laser successen, laserbeperkingen

De geschiedenis van lasertechnologie is snel gegaan, aangezien de unieke lichtbron een revolutie teweeg heeft gebracht in vrijwel alle gebieden van het moderne leven, inclusief telecommunicatie, biogeneeskunde en meettechnologie.

Maar lasertechnologie wordt ook gehinderd door aanzienlijke tekortkomingen:gebruikers moeten niet alleen het apparaat dat het licht projecteert fysiek manipuleren om een ​​laser te verplaatsen, maar om te functioneren, ze vereisen een nauwkeurige uitlijning van componenten, waardoor ze duur zijn om te produceren.

Die beperkingen kunnen binnenkort worden opgeheven:Strangei en onderzoekspartners in Italië, Finland en het Verenigd Koninkrijk hebben onlangs een nieuwe manier aangetoond om willekeurig laserlicht te genereren en te manipuleren, ook op nanoschaal.

Eventueel, dit kan ertoe leiden dat een medische procedure nauwkeuriger en minder ingrijpend wordt uitgevoerd of dat een glasvezelcommunicatielijn wordt omgeleid met een draaiknop, zei Strange.

'Willekeurige' lasers beter gemaakt

Dus hoe werken lasers eigenlijk?

Conventionele lasers bestaan ​​uit een optische holte, of openen, in een bepaald apparaat. In die holte bevindt zich een fotoluminescerend materiaal dat licht uitzendt en versterkt, en een paar spiegels. De spiegels dwingen de fotonen, of lichte deeltjes, heen en weer stuiteren met een specifieke frequentie om de rode laserstraal te produceren die we door de laser zien uitzenden.

"Maar wat als we het wilden miniaturiseren en de spiegels wilden verwijderen en een laser zonder holte wilden maken en naar de nanoschaal wilden gaan?" hij vroeg. "Dat was een probleem in de echte wereld en waarom we pas rond de eeuwwisseling verder konden met willekeurige lasers."

Dus willekeurige lasers, die de afgelopen 15 jaar serieus zijn onderzocht, verschillen van de originele technologie die voor het eerst werd onthuld in 1960, vooral omdat ze niet afhankelijk zijn van die gespiegelde holte.

Bij willekeurige lasers, de fotonen die in vele richtingen worden uitgezonden, worden in plaats daarvan door het schijnen van licht in een vloeibaar-kristalmedium gekwetst, het geleiden van de resulterende deeltjes met die lichtstraal. Daarom, er is geen behoefte aan de grote, gespiegelde structuur vereist in traditionele toepassingen.

De resulterende golf - door Strangi en de onderzoekers een "soliton" genoemd - functioneert als een kanaal voor de verstrooide fotonen om te volgen, nu in orde, geconcentreerd pad.

Een manier om te begrijpen hoe dit werkt, is door je een versie met lichte deeltjes voor te stellen van de "solitaire golven" die surfers (en zoetwatergebonden vissen) kunnen berijden wanneer rivieren en oceaangetijde in bepaalde estuaria botsen, zei Strange.

Eindelijk, de onderzoeken raken het vloeibare kristal met een elektrisch signaal, waarmee de gebruiker de laser kan "sturen" met een draaiknop, in tegenstelling tot het verplaatsen van de hele structuur.

Dat is de grote ontwikkeling van dit team, zei Strange.

"Daarom noemen we het 'transistor, ' omdat een zwak signaal (de soliton), bestuurt een sterke - de laseroutput." zei Strangi. "Lasers en transistors zijn de twee toonaangevende technologieën die de afgelopen eeuw een revolutie teweeg hebben gebracht, en we hebben ontdekt dat ze beide met elkaar verweven zijn in hetzelfde fysieke systeem"

De onderzoekers zijn van mening dat hun resultaten willekeurige lasers dichter bij praktische toepassingen in spectroscopie zullen brengen (gebruikt in fysische en analytische chemie, evenals in astronomie en teledetectie), verschillende vormen van scanning en biomedische procedures.