Liên hệ chúng tôi
Alice

Số điện thoại : 86-15694003007

WhatsApp : +8615694003007

Phát minh lại tia laser: Những lý thuyết mới thách thức 60 năm hiểu biết chung

March 1, 2021

Theo một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Physics, công trình nghiên cứu của hai nhóm nhà vật lý độc lập đã thách thức sự đồng thuận phổ biến trong 60 năm về laser.

 

Kể từ khi tia laser đầu tiên được phát minh vào những năm 1950, các nhà vật lý đã chế tạo tia laser dựa trên các giới hạn cơ lượng tử về độ tinh khiết của màu sắc của chúng.Laser, viết tắt của "Khuếch đại ánh sáng bằng cách phát ra bức xạ được kích thích", hoạt động bằng cách tạo ra một bản sao của tín hiệu gốc khi các photon có cùng tần số được bắn vào để kích thích các nguyên tử.

 

Trong nghiên cứu lý thuyết mới, hai nhóm nhà vật lý đề xuất một giải pháp để phá vỡ hạn chế lâu đời này.

 

Laser đã có những ứng dụng thiết thực trong cuộc sống hàng ngày, chẳng hạn như điều chỉnh thị lực, đọc mã vạch trong cửa hàng tạp hóa, khắc chip máy tính, truyền các tệp video từ mặt trăng và giúp vận hành ô tô tự lái.Những khám phá gần đây có thể thêm các tia laser đơn sắc vào danh sách này và cuối cùng sử dụng chúng cho các ứng dụng như điện toán lượng tử.

 

Các photon trong tia laser truyền đồng bộ với nhau, phóng ra tia laser ở cùng một pha - một sự thẳng hàng được các nhà khoa học gọi là "cùng pha".Nói một cách đơn giản, mỗi photon giống như một làn sóng, với các đỉnh và đáy của nó thẳng hàng với các sóng lân cận.

 

Để đạt được một tia laser đơn sắc, các photon cần một thời gian dài hơn để đồng bộ hóa, có nghĩa là các bước sóng của chúng phải được căn chỉnh chính xác.Bước sóng quyết định màu của nguồn sáng.Ví dụ, bước sóng của ánh sáng xanh là từ 500 đến 550 nanomet.

Sự đồng bộ của các photon laser nói trên được gọi là sự kết hợp theo thời gian, và tần số siêu nhanh và ổn định này đảm bảo rằng các thiết bị laser có thể được sử dụng cho các thiết bị chính xác.

 

Tuy nhiên, vấn đề với laser truyền thống là các photon dần dần không đồng bộ khi chúng rời khỏi tia laser, và thời gian chúng duy trì đồng bộ được gọi là thời gian kết hợp của laser.

 

Theo định luật vật lý, các nhà khoa học Arthur Schawlow và Charles Townes đã ước tính thời gian kết dính của một tia laser hiệu suất cao vào năm 1958. Điều này được gọi là giới hạn Schawlow-Townes, và nó trở thành tiêu chuẩn để phát triển laser trong nhiều thập kỷ.

"Về nguyên tắc, chúng ta sẽ có thể tạo ra nhiều tia laser kết hợp hơn."David Pekker, một nhà nghiên cứu chính cho biết.

 

Một nhóm các nhà nghiên cứu do nhà vật lý David Peck thuộc Đại học Pittsburgh dẫn đầu đang thách thức lý thuyết lâu đời này.Họ cho rằng "giới hạn Sholow-Townes" không phải là giới hạn cuối cùng.Giả thuyết cơ bản của họ là có thể phát triển các tia laser bị hạn chế bởi "giới hạn Sholow-Townes" nhưng chặt chẽ hơn.

 

Thay vì nghĩ tia laser như một hộp rỗng chứa ánh sáng, nơi các photon tái tạo và rời đi với tốc độ tỷ lệ thuận với lượng ánh sáng trong hộp, nghiên cứu mới nhất đề xuất một van trên tia laser để điều khiển tốc độ các photon di chuyển. .Các nhà vật lý này tin rằng điều này sẽ cho phép tia laser kết dính lâu hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây.

 

Mặc dù nhóm nghiên cứu tin rằng các ước tính của Sholow và Townes về sự kết hợp của tia laser là hợp lý vào thời điểm đó, nhưng công nghệ lượng tử hiện đã cho phép các nhà vật lý tinh chỉnh thêm số liệu này.

Tuy nhiên, một số nhà phê bình cho rằng thiết kế này có thể không phù hợp với các ứng dụng thương mại.Mặc dù nó có vẻ hợp lý về mặt lý thuyết, nhưng nó không phù hợp với ứng dụng thương mại thực tế.Lấy một ví dụ như các nhà sản xuất laser hiện nay, hầu hết họ không sử dụng "giới hạn Sholow-Townes" để định hướng cho các thiết kế của họ.

 

Tuy nhiên, nhóm Peck tự tin rằng họ sẽ đưa thiết kế laser mới của mình vào cuộc sống của chúng ta.Mục tiêu của họ là chế tạo một maser, để lập trình lượng tử trong một máy tính lượng tử làm bằng các mạch siêu dẫn.Tuy nhiên, hãy nhớ rằng một nỗ lực đầy tham vọng như vậy có thể đòi hỏi nhiều năm nghiên cứu lâu dài và nhiều vấn đề lớn cần được giải quyết.

 

Nghiên cứu mới nhất này có thể xác định lại ý nghĩa của tia laser, theo một đánh giá đồng cấp.Giống như LASER siêu cấp, được phát minh vào năm 2012, thiết kế này mâu thuẫn với định nghĩa truyền thống về LASER.Chúng không tạo ra ánh sáng thông qua cái được gọi là phát xạ kích thích, vì vậy chữ "s" và "e" trong từ viết tắt "LASER" không còn thích hợp nữa.