Institutul Max Planck pentru Fizică Nucleară din Heidelberg a reușit să dezvolte o metodă de manipulare a laserelor extreme fără lentile din sticlă. Echipa condusă de cercetătorii de la Heidelberg a utilizat un gaz atomic de heliu pentru a modela impulsuri laser în domeniul ultravioletului extrem (XUV). În paralel, fizicienii de la Institutul de Tehnologie din California (Caltech) au demonstrat devierea luminii cu ajutorul luminii în doar 74 de femtosecunde, deschizând noi perspective în calculul cuantic și procesarea datelor.
- Echipa de la Institutul Max Planck din Heidelberg a creat lentile dinamice din gaz de heliu pentru a dirija impulsuri laser la nivel de atosecunde.
- Cercetătorii de la Caltech au obținut o deviere a fasciculului de lumină de până la 13 grade în doar 74 de femtosecunde prin efectul optic Kerr.
- Noile tehnologii evită absorbția sau distrugerea lentilelor convenționale din sticlă expuse la radiații cu energie ridicată.
Gazul atomic devine lentilă refractivă pentru radiațiile ultraviolete
Optica tradițională folosește lentile din sticlă fabricate pentru a focaliza sau devia lumina vizibilă, o tehnologie ale cărei origini datează încă din antichitate, când primele lentile din cristal de stâncă erau confecționate în jurul anului 700 î.Hr. Cu toate acestea, fotonii din domeniul ultravioletului extrem (XUV) au o energie atât de mare încât sunt absorbiți aproape complet de sticlă, în loc să fie refractați.
Pentru a depăși această limitare, echipa condusă de Dr. Yu He și profesorul Thomas Pfeifer de la MPIK a folosit instalația de laseri cu electroni liberi FLASH de la DESY, din Hamburg. Cercetătorii au focalizat impulsuri XUV cu o energie de 21,2 electronvolți într-o celulă cu gaz de heliu, energie ce corespunde tranziției fundamentale 1s-2p a electronilor din heliu. Când lumina intensă trece prin gaz, declanșează oscilații rapide ale electronilor (oscilații Rabi), schimbând temporar indicele de refracție al mediului.
Interacțiunea dintre intensitatea laserului și mediu transformă gazul într-o lentilă dinamică capabilă să redirecționeze și să modifice spectrul luminii pe intervale de timp extrem de scurte.
Această descoperire, publicată în revista Science Advances, permite controlul fin al impulsurilor laser de înaltă frecvență utilizate în dirijarea reacțiilor chimice și în spectroscopia avansată la scară atosecundară (o atosecundă reprezentând a miliarda parte dintr-o miliardime de secundă).
Caltech schimbă direcția luminii în doar 74 de femtosecunde
În mod independent, cercetătorii de la Caltech, conduși de Claudio Hall și Harry Atwater, au abordat dirijarea luminii dintr-o altă perspectivă, publicând rezultatele în revista Nature Nanotechnology. Echipa a utilizat un fascicul laser puternic pe post de „pompă” pentru a modifica proprietățile optice ale unei metasuprafețe structurate cu stâlpi din siliciu amorf mai mici decât lungimea de undă a fasciculului.
Prin intermediul efectului optic Kerr — proprietatea luminii intense de a modifica indicele de refracție al unui mediu —, fizicienii au reușit să devieze un al doilea fascicul laser („sondă”) cu până la 13 grade. Timpul de reacție a fost de numai 74 de femtosecunde (o femtosecundă fiind egală cu a cvadriliona parte dintr-o secundă).
Această performanță depășește vitezele metodelor tradiționale bazate pe cipuri electronice sau panouri cu cristale lichide, ale căror limite variau între picosecunde și nanosecunde.
Aplicații directe în calculul cuantic și senzori ultrarapizi
Mecanismele optice convenționale funcționează bine pentru lumina vizibilă, dar electronica modernă se apropie de limitele fizice ale vitezei de transfer. Posibilitatea de a controla forma spațială și spectrală a fotonilor de mare energie oferă instrumente directe pentru manipularea stărilor atomice și a calculatoarelor cuantice ultrarapide.
Pentru tehnologia informației și senzori, dirijarea luminii prin lumină la scara femtosecundelor ar putea permite procesarea a peste un miliard de imagini pe secundă și construirea unor sisteme de navigație de înaltă precizie pentru vehicule maritime și aeriene.
Ce părere aveți despre înlocuirea componentelor optice clasice din sticlă cu lentile create din gaz și fascicule de lumină? Vă invităm să vă exprimați opinia în secțiunea de comentarii.
