Znajdź zawartość

Uczeni pracujący pod kierunkiem akademików z Princeton University odkryli nowy sposób na zmuszenie materiałów do emisji wiązki laserowej. Claire Gmachl z Mid-Infrared Technologies for Health and the Environment (MIRTHE) poinformowała o dodatkowej wiązce, którą znaleziono w kwantowym laserze kaskadowym. Wiązka ta ma niezwykłe właściwości, a do jej wygenerowania potrzeba znacznie mniej energii. Jeśli wyłączymy standardową wiązkę, uzyskamy lepszy laser, który bardziej efektywnie wykorzystuje energię - mówi Gmachl. Zbudowany na Princeton University laser ma zaledwie 3 milimetry długości. Składa się jednak z setek warstw różnych półprzewodników o grubości kilku atomów każda. Elektrony przechodzą przez kolejne warstwy i tracą energię co wywołuje emisję fotonów w postaci wiązki laserowej. Już w czerwcu 2007 roku poinformowano, że w tego typu laserach można zauważyć drugą wiązkę o nieco mniejszej długości fali, niż wiązka główna. Kolejne badania pokazały, że jej istnienia nie potrafimy wyjaśnić za pomocą żadnej istniejącej teorii. Okazało się też, że, w przeciwieństwie do konwencjonalnych laserów, druga wiązka jest tym silniejsza, im wyższa temperatura pracy. Co więcej, wyraźnie "konkuruje" ona z wiązką główną, gdyż ta słabnie w miarę jak druga wiązka staje się mocniejsza. Zespół Gmachl potrafi obecnie wyjaśnić sposób powstawania drugiej wiązki. Otóż w konwencjonalnych laserach tylko te elektrony, których pęd jest bliski zeru, biorą udział w emisji światła. Wiązka powstaje dzięki temu, że znaczna liczba elektronów znajduje się w stanie równowagi - mają takie same poziomy energii i pędu. Zespół z Princeton dowiedział się, że druga wiązka powstaje dzięki nierównowadze. Tworzona jest przez elektrony o niskim poziomie energii, ale dużym momencie pędu. To z kolei dowodzi, że elektrony są użyteczne w laserach nawet wówczas, gdy nie znajdują się w równowadze - mówi Gmachl. Dzięki temu odkryciu możliwe będzie tworzenie znacznie bardziej wydajnych laserów. W obecnie używanych laserach elektrony często absorbują fotony, zmniejszając wydajność urządzenia. W nowych laserach elektrony o wysokim momencie pędu nie będą absorbowały fotonów, dzięki czemu wzrośnie wydajność laserów. To z kolei oznacza, że będą one używały mniej energii i będą mniej wrażliwe na zmiany temperatury. Prototyp stworzony przez naukowców z Princeton nie osiągnął pełni swych możliwości, gdyż dominowała w nim konwencjonalna wiązka. Uczeni szukają teraz sposobów na jej wyłączenie.