Füüsikud konstrueerisid helilaseri

$content['photos'][0]['caption'.lang::suffix($GLOBALS['category']['lang'])]?>
Faaseri moodustav skeem lähivaates. Autor/allikas: Imran Mahboob

Jaapani teadlased on ehitatud laserisarnase koherentseid helikvante – foononeid – eritava seadme, mis ei nõua toimimiseks traditsioonilist laserivalgust. Faaser võib edasise arendustöö lõpptulemusena leida kasutust näiteks meditsiinis ja täppismõõtmiste tegemisel.


Elektromagnet- ja helilainetel on palju ühist, mida demonstreerivad mitmed erinevad seadmed nagu sonarid ja radarid või valgus- ning akustilised mikroskoobid. Aatomite ja molekulide ning elektri- ja magnetväljade võnkumist saab kirjeldada sama lainevõrrandiga. Eelmise sajandi alguses viis kvantmehaanikas tehtav progress järelduseni, et aine saab kiirata samas lainefaasis ja lainepikkusega valgusosakesi ehk footoneid. Esimene põhimõtet rakendav laser konstrueeriti mõnikümmend aastat hiljem. Muidugi viis see mõteteni, et stimuleeritud emissioonide kaudu saaks sarnaselt võimendada ka heli.


Kontseptsioon oli paljudele äärmiselt meeltmööda. Arvestades, et heli liikumiskiirus on valguse liikumiskiirusest umbes viis suurusjärku korda väiksem, on ka selle lainepikkus sama sagedusega võnkudes märgatavalt väiksem. Viimane tähendab järelduvalt kõrgemat lahutusvõimet ja võimalust samasse ruumiossa rohkem energiat pakkida. Ent väiksem lainepikkus kujutas endas ka probleemi – indutseeritud kiirgusvoogude asemel domineerisid spontaansed emissioonid. Esimeste 'faaserite' konstrueerimisest teatati alles 2010. aastal. Seegi oli veel poolik lahendus – foononite kiirgamiseks kasutati laseri abi.


Imran Mahboobi juhitud töörühm on aga nüüd konstrueerinud puhtalt elektromehaanilise laserit matkiva seadme. Traditsioonilises laseris viiakse aatomid esmalt mõne teise valgusallika abil ergastatud seisundisse. Kui taolistele aatomitele sama või propotsionaalselt palju energiat anda ajal, mil see ergastatud olekust taas madalamasse energeetilisse olekusse hakkab langema, kiirgab see ühe footoni asemel kaks sama sagedusega valgusosakest. Mittepidevaid energiatasemeid saab matkida ka elektromehaaniliste resonaatoritega.


Sarnaselt laseri tööpõhimõttele saab töörühm seeläbi foononeid ergastada ning neil seejärel lasta nende algupärasesse olekusse langeda. Energia ei kao aga süsteemist kuhugi. See omakorda võimaldab seadmel võnkuda väga kindal sagedusel ja kiirata kindla lainesagedusega foononeid, antud juhul sagedusel 1,7 MHz (megahertsi). Iga kiiratava foononi lainesagedus ei erine teisest rohkem kui 175 millihertsi võrra. Manipulatsiooni võimaldava skeemi mõõtmed on seejuures 5x10 millimeetrit.


Hoolimata faaseri suurepärastest omadustest kimbutavad seda ka mitmed takistused. Noodi puhtus kaob vahetult pärast väliskeskkonda jõudmist. Seeläbi on vaja töörühmal välja mõelda mehhanism, mis võimaldaks mehaanilised võnkumised energiaks muundada. Samuti nõuavad helilained edasi kandumiseks mingisugust meediumit, mis muudab faaserite kasutamise vaakumis või sellelähedastes tingimustes võimatuks.


Hetkel näevad autorid faaseri ühe võimaliku kohese rakendusena miniatuurset ajamõõtmisseadet. Enamikes elektroonikaseadmetes kasutatakse selleks tänapäeval kvartsikristalle. Paraku on need üpris suured ning nõuavad töötamiseks küllaltki palju energiat. Laserite kogemus on samas näidanud, et tõenäoliselt pole kõiki võimalikke kasutusalasid veel võimalik ette kujutadagi.


Töörühma uurimus ilmus ajakirjas Physical Review Letters.

Toimetas Jaan-Juhan Oidermaa


Viimati muudetud 20/04/2013 16:45

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: