اتصل بنا
Alice

رقم الهاتف : 86-15694003007

ال WhatsApp : +8615694003007

إعادة اختراع الليزر: نظريات جديدة تتحدى 60 عامًا من الفهم المشترك

March 1, 2021

وفقًا لدراسة نُشرت في مجلة Nature Physics ، فإن عمل فريقين مستقلين من علماء الفيزياء قد تحدى 60 عامًا من الإجماع السائد على الليزر.

 

منذ اختراع أول ليزر في الخمسينيات من القرن الماضي ، قام الفيزيائيون ببناء الليزر استنادًا إلى حدود ميكانيكا الكم على نقاء ألوانها.الليزر ، وهو اختصار لـ "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" ، يعمل عن طريق توليد نسخة من الإشارة الأصلية عندما يتم التقاط فوتونات من نفس التردد لإثارة الذرات.

 

في الدراسة النظرية الجديدة ، اقترح فريقان من الفيزيائيين حلاً للتحايل على هذا القيد الطويل الأمد.

 

يحتوي الليزر بالفعل على تطبيقات عملية في الحياة اليومية ، مثل تصحيح الرؤية ، وقراءة الرموز الشريطية في متاجر البقالة ، ونقش رقائق الكمبيوتر ، ونقل ملفات الفيديو من القمر ، والمساعدة في تشغيل السيارات ذاتية القيادة.يمكن للاكتشافات الحديثة إضافة ليزر أحادي اللون إلى هذه القائمة واستخدامها في النهاية لتطبيقات مثل الحوسبة الكمومية.

 

تنتشر الفوتونات الموجودة في الليزر بالتزامن مع بعضها البعض ، مما يؤدي إلى إخراج الليزر في نفس المرحلة - وهي محاذاة يطلق عليها العلماء اسم "في الطور".ببساطة ، كل فوتون مثل موجة ، مع قممها وقيعانها تتماشى مع الموجات المجاورة.

 

لتحقيق ليزر أحادي اللون ، تحتاج الفوتونات إلى وقت أطول للمزامنة ، مما يعني أنه يجب محاذاة أطوالها الموجية بدقة.يحدد الطول الموجي لون مصدر الضوء.على سبيل المثال ، يتراوح الطول الموجي للضوء الأخضر بين 500 و 550 نانومتر.

يُطلق على التزامن المذكور أعلاه لفوتونات الليزر اسم التماسك الزمني ، ويضمن هذا التردد الفائق السرعة والمستقر إمكانية استخدام أجهزة الليزر للأدوات الدقيقة.

 

ومع ذلك ، فإن مشكلة الليزر التقليدي هي أن الفوتونات تنقطع تدريجيًا عن المزامنة لأنها تترك الليزر ، ويعرف الوقت الذي تبقى فيه متزامنة باسم وقت تماسك الليزر.

 

وفقًا لقوانين الفيزياء ، قدر العالمان آرثر شاولو وتشارلز تاونز وقت تماسك الليزر عالي الأداء في عام 1958. أصبح هذا معروفًا باسم حد Schawlow-Townes ، وأصبح معيارًا لتطوير الليزر لعقود.

"من حيث المبدأ ، يجب أن نكون قادرين على صنع ليزر أكثر تماسكًا."ديفيد بيكر ، باحث رئيسي قال.

 

يتحدى فريق من الباحثين بقيادة الفيزيائي ديفيد بيك من جامعة بيتسبرغ هذه النظرية القديمة.يجادلون بأن "حدود Sholow-Townes" ليست هي الحد النهائي.وتتمثل فرضيتهم الأساسية في القدرة على تطوير أشعة الليزر المقيدة بـ "حدود Sholow-Townes" ولكنها أكثر تماسكًا.

 

بدلاً من التفكير في الليزر على أنه صندوق مجوف به ضوء ، حيث تتكاثر الفوتونات وتترك بمعدل يتناسب مع كمية الضوء في الصندوق ، يقترح البحث الأخير وجود صمام على الليزر للتحكم في سرعة تدفق الفوتونات. .يعتقد هؤلاء الفيزيائيون أن هذا سيسمح للليزر بأن يكون متماسكًا لفترة أطول بكثير مما كان يعتقد سابقًا.

 

على الرغم من أن فريق البحث يعتقد أن تقديرات Sholow and Townes لتماسك الليزر كانت معقولة في ذلك الوقت ، إلا أن تكنولوجيا الكم مكنت علماء الفيزياء الآن من تحسين المقياس.

ومع ذلك ، يقول بعض منتقدي العمل الجديد إن التصميم قد لا يكون مناسبًا للتطبيقات التجارية.على الرغم من أنها تبدو معقولة من الناحية النظرية ، إلا أنها غير مناسبة للتطبيق التجاري العملي.خذ على سبيل المثال مصنعي الليزر الحاليين ، معظمهم لا يستخدمون "حدود Sholow-Townes" لتوجيه تصميماتهم.

 

ومع ذلك ، فإن فريق Peck واثق من أنه سيجلب تصميم الليزر الجديد في حياتنا.هدفهم هو بناء مازر ، للبرمجة الكمومية في كمبيوتر كمي مصنوع من دوائر فائقة التوصيل.ومع ذلك ، ضع في اعتبارك أن مثل هذا المسعى الطموح قد يتطلب سنوات من البحث طويل الأمد والعديد من المشكلات الكبيرة التي يتعين حلها.

 

قد يعيد هذا البحث الأخير تعريف معنى الليزر ، وفقًا لمراجعة الأقران.مثل الليزر فائق الإشعاع ، الذي تم اختراعه في عام 2012 ، يتناقض التصميم مع التعريف التقليدي لليزر.فهي لا تنتج الضوء من خلال ما يعرف بالانبعاث المحفّز ، لذا فإن الحرفين "s" و "e" في الاختصار "LASER" لم يعدا مناسبين.