تبلیغات
وبلاگ زندگی با شیمی - لیزری ‌كه همه نورها را می‌بلعد
50 سال است كه فیزیكدان‌ها فناوری لیزر را اختراع كرده‌اند و تا امروز برای مصارفی همچون نظامی، پزشكی، صنعت سینما (برای فیلم‌های علمی ـ تخیلی و شمشیرهای لیزری جنگ‌های ستاره‌ای)، باركد خوان سوپرماركت‌ها و لوح‌های فشرده صوتی و تصویری كاربرد دارد؛ اما اینك قلمروی دانش، فناوری مخالف و معكوس آن یعنی «آنتی لیزر» را تجربه می‌كند.

 

البته به نظر نمی‌رسد پاد‌لیزر شهرتی جهانی یافته و جانشین آنتی لیزر شود. احتمالا این فناوری می‌تواند روزی به فناوری كاربردی سودمندی مثلا در انواع جدید سوئیچ‌های نوری برای رایانه‌ها تبدیل شود. این گمانه زنی‌ها در حالی است كه تاكنون كسی ساخت یك پادلیزر را گزارش نكرده است، ولی بتازگی در نشریه مقالات انتقادی فیزیك، توصیفی نظری از این موضوع مطرح شده است و پیش‌بینی می‌شود، طرح موضوع پادلیزر تا همین حد نیز حرف و حدیث‌های متفاوتی را از جانب محققان و كارشناسان خبره حوزه‌های مختلف و بویژه دانش اپتیك به میان بكشد.

در همین خصوص مارین سولیاكیچ، فیزیكدان موسسه فناوری ماساچوست (ام.آی.تی) كه البته خودش در این كار دخیل نبوده، می‌گوید «جای شگفتی دارد كه پس از گذشت نیم قرن كار با فناوری لیزر، حالا كسی پیدا شده و درباره موضوع مهمی مثل پادلیزر، حرف‌هایی برای گفتن دارد.

اما این كه آیا پادلیزر موضوعی واقعا عجیب با مكانیسمی پیچیده است یا نه، پاسخ را باید در تعریف و شرح كاركرد آن دریافت. یك پاد‌لیزر در عوض تقویت كردن نور به پالس‌های منسجم و همسان ـ مثل همان كاری كه یك اشعه لیزر انجام می‌دهد ـ شعاع‌های نور رانده شده به سوی خودش را جذب می‌كند. در واقع پاد‌لیزر تله‌ای برای تمامی نورهای رسیده است و وقتی به‌طور كامل آنها را در خود بكشد، چیزی جز تاریكی مطلق بر جای نمی‌ماند. پاد‌لیزر را می‌توان برای كار در طول موج‌های مشخص نوری تنظیم و میزان كرد و همین موضوع به محققان اجازه می‌دهد تا با تنظیم و چرخاندن یك صفحه مدرج بتوانند این وسیله را به كار انداخته و سپس جذب نور را متوقف كنند. در همین خصوص داگلاس استون، فیزیكدان دانشگاه ییل درباره مكانیسم كاركرد پاد‌لیزر می‌گوید تنها با كمی دستكاری در فازهای اشعه‌، می‌بینیم كه دامنه طول موج‌های باریك به شكلی جادویی به سیاه (بی‌رنگ) تبدیل می‌شود؛ مثل این كه با یك حقه حیرت‌برانگیز شعبده بازی روبه‌رو هستیم.

بیشتر لیزرها از یك جهت منتشر می‌شوند، اما با این مفهوم جدید آنتی لیزر، امكان ایجاد لیزرهایی با ویژگی صدور دو شعاع یكسان ولی در جهت عكس هم وجود دارد. این فناوری نیازمند داشتن لایه‌هایی همسان و تا اندازه‌ای فرانما در هر دو انتهای لوح باریكی از یك ماده ساطع‌كننده نور، نظیر ارسنید گالیوم است.

استون و همكارانش می‌خواستند ببینند اگر مواد داخل لیزری كه بازتاب فوتون‌هاست را جایگزین كنند، چه اتفاقی ممكن است روی دهد. چون در تركیب‌بندی درست، مواد جذب‌كننده بیشتر فوتون‌های فرستاده شده به داخل را مكش می‌كنند، در حالی كه باقیمانده امواج نوری به وسیله تداخل با همدیگر خنثی می‌شوند.

پادلیزر تله‌ای برای تمامی نورهای رسیده است و وقتی به‌طور كامل آنها را در خود بكشد، چیزی جز تاریكی مطلق بر جای نمی‌ماند

محققان محاسبه كرده‌اند در صورتی كه ماده جاذب نوری مثل سیلیكون به جای ماده تقویت‌كننده نور در سامانه لیزری استفاده شود، در آن زمان و در طول موج‌های معینی، 2 شعاع لیزر همسانی كه مستقیما در همدیگر تابیده شده‌اند، به‌طور كامل خودشان را درون این ماده محو و خنثی می‌كنند. به‌گونه‌ای كه برشی از سیلیكون به ضخامت كاغذ به طور طبیعی حدود 20 درصد نور ورودی را جذب می‌كند، اما محققان نشان دادند در وضعیت ترتیب داده شده جدید، این برش سیلیكونی می‌تواند تقریبا تمام نور را در 945 نانو متر ـ نزدیك مادون قرمز ـ محو كند.

این مكانیسم جالب توجه با آنچه از دور درباره مفهوم پاد‌لیزر ممكن است به ذهن متبادر شود و آن را به شكلی پیچیده و خاص به نمایش بگذارد، متفاوت است تا جایی كه استفانو لانجی، فیزیكدان موسسه پلی‌تكنیك میلان ایتالیا ـ كه تحت‌تأثیر مفهوم پاد‌لیزر قرار گرفته است ـ آن را مفهوم «بسیار زیركانه و ساده» عنوان می‌كند. اما خود گروه دانشگاه ییل، نام‌های دیگری بر آن گذاشته‌اند. به عنوان مثال از این دستگاه با عنوان «جاذب كامل همسان» نام می‌برند یا مثلا وایدانگ چانگ، محقق فوق دكتری دانشگاه ییل نام آن را لیزر زمان معكوس گذاشته است، چون پاد‌لیزر مثل لیزری كار می‌كند كه با استفاده از واسطه جذب‌كننده بیشتر در جهت معكوس عمل می‌كند تا این كه مثل لیزر عادی تقویت‌كننده باشد.

با این اوصاف، حتی اگر پاد‌لیزر تمام و كمال كار جذب كردن را انجام دهد، همچنان كه تنها در طول موج‌های مشخصی از نور عمل می‌كند، اما برای كاربردهایی نظیر صفحات خورشیدی كه طیف گسترده‌ای از طول موج‌ها را در بر می‌گیرد، ظاهرا فناوری نامناسبی به نظر می‌رسد. علاوه بر این كه مواد مهندسی شده مخصوص كه فوق مواد نامیده می‌شوند، می‌توانند درخصوص این نوع جذب‌ها كارآیی داشته باشند. اما چون پاد‌لیزر می‌تواند تنها با تغییر طول موج نور ورودی از حالت جذب‌كنندگی به حالت غیر جذب‌كنندگی تغییر وضعیت دهد، می‌تواند كاربرد سودمندش در سوئیچ‌های نوری را بخوبی ثابت كند.

محققان می‌گویند از لحاظ فنی انرژی حاصل از محو شدن شعاع‌ها به گرما تبدیل می‌شود، اما اگر این انرژی بتواند به نحوی به جریان الكتریكی تبدیل شود، اثر آن می‌تواند امكان پالس‌هایی در كابل‌های فیبر نوری را فراهم كند و با راندمان بالایی به سیگنال‌های الكتریكی تبدیل شود.

در این میان، سایر محققان دانشگاه ییل تحت سرپرستی هویی كائو، پژوهشگر برجسته اكنون برای ساخت یك پاد‌لیزر تلاش می‌كنند و معتقدند پیشرفت‌شان تا اینجای كار بسیار نوید بخش به نظر می‌آید. كارشناسان بر این باورند كه روزی پاد‌لیزر بتواند مستقیما با خویشاوندش ـ لیزر ـ به هم برسند و این برخورد، بی‌شك تلاقی چالش برانگیزی خواهد بود. در همین رابطه لانجی، فیزیكدان ایتالیایی در مقاله‌ای به طرح همین بحث پرداخته و معتقد است، ساخت وسیله و ادواتی كه بتواند تركیب و آمیزشی از یك لیزر عادی را با یكی از این مواد جاذب نوین به نمایش بگذارد، دور از انتظار نیست. در اصل، همنشینی یك لیزر و ضدش در یك وسیله، ابزاری با قابلیت‌های نامشخص را برای قلمروی دانش و فناوری به ارمغان خواهد آورد.

مهریار میرنیا

منابع: