Ένα laser στο μέγεθος της παλάμης ξεπερνά τους «γίγαντες» των εργαστηρίων

Μια μικρή συσκευή, αρκετά μικρή ώστε να χωρά στην παλάμη του χεριού, ίσως αποτελέσει την απαρχή μιας νέας εποχής στη σμίκρυνση και την ενεργειακή απόδοση των Laser. Ερευνητές από το University of Stuttgart, σε συνεργασία με την εταιρεία Stuttgart Instruments GmbH, ανέπτυξαν ένα υπερταχύ παλμικό laser που πέτυχε αποδοτικότητα άνω του 80%, ποσοστό υπερδιπλάσιο σε σχέση με τα πιο προηγμένα και ογκώδη εργαστηριακά συστήματα. Ένα επίτευγμα που μέχρι πρόσφατα θεωρούνταν πρακτικά αδύνατο για αυτήν την κατηγορία οπτικών τεχνολογιών.

Οι υπερταχείς πηγές laser, που εκπέμπουν παλμούς φωτός διάρκειας μερικών femtosecond (δηλαδή χιλιοστά του τρισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου), αποτελούν κρίσιμο εργαλείο σε τομείς αιχμής: από τη μικροκατεργασία και τη νανοτεχνολογία, μέχρι την ιατρική ακριβείας και την κβαντική φυσική. Το πρόβλημα είναι ότι, μέχρι σήμερα, τέτοιες διατάξεις απαιτούσαν ογκώδη και ενεργοβόρα συστήματα, με πολύπλοκη ψύξη και αποδόσεις που σπάνια ξεπερνούσαν το 30–35%.

Η ομάδα του Stuttgart φαίνεται πως ανέτρεψε αυτούς τους περιορισμούς. Το νέο Laser καταλαμβάνει μόλις λίγα τετραγωνικά εκατοστά, αποτελείται από πέντε συνολικά οπτικά εξαρτήματα και ωστόσο προσφέρει ισχύ και σταθερότητα συγκρίσιμες με συστήματα που παραδοσιακά γέμιζαν ολόκληρα εργαστήρια. Η ανακάλυψη, που παρουσιάστηκε ως τεχνική καμπής για την επιστήμη των laser, συνδυάζει μινιμαλισμό σχεδίασης με εξαιρετική ενεργειακή απόδοση.

Το κλειδί της επιτυχίας βρίσκεται σε μια προσέγγιση γνωστή ως πολλαπλή οπτική παραμετρική ενίσχυση. Σε αντίθεση με τις κλασικές διατάξεις που χρησιμοποιούν πολλαπλούς κρυστάλλους τοποθετημένους στη σειρά, εδώ το φως διέρχεται επανειλημμένα από έναν μόνο, σύντομο κρύσταλλο. Μετά από κάθε διέλευση, η δέσμη επανασυντονίζεται και ευθυγραμμίζεται εκ νέου, μειώνοντας στο ελάχιστο την απώλεια ενέργειας με τη μορφή θερμότητας.

Το αποτέλεσμα είναι ένα σύστημα που συνδυάζει τρία χαρακτηριστικά που συνήθως θεωρούνται ασύμβατα: συμπαγές μέγεθος, υψηλή απόδοση και μεγάλο φασματικό εύρος. Η διατήρηση αυτού του εύρους είναι ζωτικής σημασίας, καθώς επιτρέπει τη δημιουργία εξαιρετικά σύντομων παλμών χωρίς αλλοίωση της ποιότητας του σήματος. Σύμφωνα με τον Tobias Steinle, συν-συγγραφέα της μελέτης, η νέα αρχιτεκτονική κάνει το σύστημα ιδιαίτερα ευέλικτο, επιτρέποντάς του να προσαρμόζεται σε διαφορετικά μήκη κύματος, κάτι που το καθιστά κατάλληλο για ποικιλία εφαρμογών, από την έρευνα έως τη βιομηχανία και την ιατρική.

Η σημασία της τεχνολογίας αυτής εκτείνεται πολύ πέρα από τα εργαστήρια. Οι δυνατότητές της περιλαμβάνουν τη χρήση σε φορητά διαγνωστικά συστήματα, σε εργαλεία μικροχειρουργικής υψηλής ακρίβειας (όπως οι επεμβάσεις στα μάτια), αλλά και σε περιβαλλοντικούς αισθητήρες ή κβαντικά όργανα του μέλλοντος. Η εντυπωσιακή μείωση στο μέγεθος και στην κατανάλωση ενέργειας ανοίγει τον δρόμο για την έξοδο της τεχνολογίας των υπερταχέων laser από τα εξειδικευμένα ερευνητικά εργαστήρια, φέρνοντάς την πιο κοντά σε εμπορικές και καθημερινές εφαρμογές.

Αυτό που μέχρι πρόσφατα απαιτούσε μια αίθουσα γεμάτη οπτικούς πάγκους, ψύκτες και πολύπλοκα ηλεκτρονικά, πλέον μπορεί να συμπυκνωθεί σε μια διάταξη που χωρά στην τσέπη. Η σύγκριση θυμίζει την εξέλιξη των υπολογιστών: από τα mainframes των δεκαετιών του ’60 και του ’70, στα laptops και τα smartphones του σήμερα. Αντίστοιχα, η τεχνολογία του University of Stuttgart δείχνει πως η επόμενη γενιά laser θα μπορούσε να είναι όχι μόνο πιο γρήγορη και ακριβής, αλλά και φορητή, προσιτή και ενεργειακά βιώσιμη.

[source]