Ingeniører tager laserpulser til nye dimensioner

Når du banker på et simpelt tromlehoved, det vil helt sikkert larme, men du ville sandsynligvis ikke kalde den støj en musikalsk note.

"Du ramte det, og det genererer alle disse vibrationer i tilfældige forhold til hinanden. Som resultat, du får et dunk, "sagde Frank Wise, Samuel B. Eckert, professor i teknik ved Institut for Anvendt og Ingeniørfysik.

Hvorfor gør en tromme et dunk, når klarinetter og guitarer kan producere noter og akkorder? Forskellen er dimensionalitet:I et smalt rør eller en stram snor, svingninger af luften i røret eller strengen er endimensionale. I modsætning, et tromlehoved er todimensionalt, og dens vibrationer er normalt mere komplicerede.

"Men tænk, hvis alle tromlehovedets vibrationer var låst sammen, sagde han. Så får du en anden ting - en seddel.

Det er i det væsentlige, hvad Wise og doktorand Logan Wright har gjort med deres valgfrie instrument:laseren. Det er emnet for deres papir, "Spatiotemporal mode-låsning i multimode fiberlasere, "udgivet 6. oktober in Videnskab .

Demetrios Christodoulides bidrog også, professor i optik og fotonik ved University of Central Florida. Wise og Wright har indsendt en patentansøgning til denne potentielt revolutionerende lasermetode.

De lasere, som de fleste kender, er resultatet af fotoner (lyspartikler), der fungerer i sammenhæng - med andre ord, lysbølgernes kam og trug er synkroniseret. Almindeligt lys, såsom den fra en pære, omfatter flere, ikke -sammenhængende bølgelængder i tre dimensioner, og dermed spredes.

Tilstandene for en laserresonator er tredimensionelle, såvel, med variationer langs resonatorens akse samt to tværgående dimensioner - op og ned, og side til side.

Men den almindelige laser - som den, der findes i en laserpeger - begrænser operationen til en enkelt tværgående tilstand. "Intet ændrer sig i de tværgående dimensioner, "Klog sagde, "så det er i det væsentlige en endimensionel enhed."

Det betyder ikke, at de andre lysmønstre ikke er der, og Wises gruppe har bevist evnen til at låse de andre "farver, "eller bølgelængder, sammen. Og ikke kun er alle bølgelængderne låst, men det er de forskellige tredimensionelle rumlige mønstre af laserlys. "Det låser tid og rum, "Sagde klogt.

"Lys ved høje intensiteter opfører sig anderledes end det, vi er vant til, "Wright sagde." Vi var i stand til at designe laseren, så denne mode-låsning sker af sig selv-interaktioner mellem disse tilstande får faktisk lyset i laseren til at organisere sig selv. "

Wright kalder dette "verdens første tredimensionelle mode-låste laser, "men hvad kan det være godt for? Et par ting, sagde Wise og Wright - som begge var hurtige til at påpege, at det, de har gjort, er at demonstrere et koncept, ikke opfinde et nyttigt nytt værktøj. "Det kommer til at kræve meget mere arbejde for det, "Sagde klogt.

Potentielle applikationer omfatter:

• Super højtydende lasere, da lyset i laseren kan være mere spredt, og derfor kan spidsintensiteten (koncentration af energi) være meget lavere.
• Styring af strålens udsendelse for at skabe et bestemt mønster i rumtid. I teorien, dette kunne bruges til først at katalysere en reaktion i et kompliceret molekyle med en lyspuls (for at excitere specifikke vibrationer eller energiniveauer), derefter registrere detaljer om denne reaktion med en anden puls et par femtosekunder (kvadrilliondeler af et sekund) senere. "Dette kan være nyttigt til at studere reaktioner af meget komplekse molekyler, som findes i biologiske systemer, "Sagde klogt.

Wise og Wright mener, at deres idé kunne skubbe frem en teknologi, der stort set har været låst i en tilstand i mere end 50 år, siden laserens opfindelse.

"Ligesom du ville blive overrasket over at høre en seddel komme ud af en tromle, "Klog sagde, "folk vil blive overrasket over at høre en spatiotemporal puls komme ud af en laser. Vi bruger frihedsgrader, der ikke var blevet brugt før."