Создан лазер на звуковых волнах (ФОТО)
Используя барабан наноразмеров, ученым удалось создать лазер, работающий не на свету, как обычный лазер, а на звуковых волнах. Разработка получила название фазер. Почему? Поскольку laser — это акроним от «light amplification by stimulated emission of radiation» (усиление света посредством вынужденного излучения), новое приспособление, задействующее так называемые частицы звука — фононы — называется соответственно. В один прекрасный день подобные устройства могут стать широко распространенными в медицине, компьютерной инженерии, высокоточных измерениях и других сферах.
Шутка ли — лазеры вполне могут, по заверениям NASA, стать новой формой коммуникации, то есть передачей информации.
Лазер создается, когда поток частиц света, то есть фотонов, испускается с определенной и очень узкой длиной волны. Фотоны летят в одно время в одно и то же место, тем самым эффективно перенося энергию из одного места в другое. С момента изобретения лазера более 50 лет назад, практически все лазеры используют световые волны. Ученые предполагали, что звуковые волны тоже подойдут, но технически реализовать это оказалось очень сложно.
В 2010 году исследователи создали самый первый звуковой лазер, уговорив ряд фононов двигаться в одном направлении. Но это первое устройство было гибридным, поскольку использовало обычный лазер для создания когерентного излучения звука.
«В нашей работе мы избавились от оптической части», — говорит инженер Имран Махбуб из японской NTT Basic Research Laboratories, соавтор технического плана, описывающего звуковой лазер, в интервью Wired. И поскольку теперь составных частей фазера уже меньше, «стало куда проще интегрировать его в другие приспособления и устройства».
В обычных лазерах пучок электронов в газе или кристалле возбуждается одновременно. Когда электроны переходят на нижний энергетический уровень, они испускают свет определенной длины, который фокусируется в пучок с помощью зеркал.
На изображении: высокая частота звука, производимого фазером
Звуковые лазеры работают по схожему принципу. Фазер Махбуба и команды работает следующим образом: механический генератор возбуждает поток фононов, которые высвобождают свою энергию при переходе на нижний энергетический уровень. Ограничение энергии приводит к тому, что фазер вибрирует на своей основной частоте, но с очень узкой длиной волны. Звуковой лазер производит фононы с частотой 170 килогерц, что куда выше, чем порог восприятия человека (20 килогерц). Все устройство вытравлено на интегральной схеме размером 1 х 0,5 см.
Если вы ожидаете чего-то фантастического, расслабьтесь. У света есть преимущество: он может путешествовать сквозь вакуум, поэтому лазерный луч спокойно попадет в любую точку даже в космосе. Фононам же нужна среда для прохождения, а это означает, что на данном этапе волны фазеров прикованы к устройству и среде.
«Мы потеряем излучение, если вытащим его наружу», — говорит Махбуб. — «Поэтому нам нужно подумать, какую структуру сделать на резонаторе, чтобы тот мог превращать вибрацию в энергию».
На сегодня у разработчиков нет годных идей, каким образом это можно осуществить, но они надеются, что другие исследователи смогут подкинуть им пищи для ума.
И хотя все это означает, что у вас не получится подразнить своего кота крошечной точкой звука, у фазеров есть огромный потенциал и перспектива в применении. Крошечная часть устройства превращает механические вибрации в направленный электрический сигнал, который может работать как миниатюрные часы. Большая часть современной электроники использует кварцевый кристалл для отсчета времени, но эти кристаллы не отличаются компактностью, к тому же потребляют много энергии. Небольшой звуковой лазер может дать тот же эффект и вытеснить кристаллы кварца.
Другие потенциальные применения по мере развития технологии включают ультразвуковые частоты для сканирования объектов или людей в целях безопасности и на благо медицины. Чрезвычайно узкие волны звука могут быть использованы для высокоточного измерения, как предлагает инженер-электрик Джейкоб Хургин из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе.
Хургин очень высоко оценивает разработку: «Будучи в зачаточном состоянии, технология показала новые перспективы, а значит в ее доработке будет участвовать много людей».
Оптические лазеры широко применяются в современной жизни, в компьютерной электронике, в науке, медицине и военных целях. Но их сила проявилась не сразу, хотя первый лазер был создан еще полвека назад. Первые заметки на полях во время наблюдения работы лазеров редакторы журналов посчитали пустой тратой времени.
Лазеры, между прочим, активно используются в работе так называемой адаптивной оптики, а она, в свою очередь, применяется в разработке самых мощных телескопов.
