לייזרים קוליים קרובים יותר למציאות

Anonim

לייזרים קוליים קרובים יותר למציאות

רפואי

דאריו בורגינו

26 בפברואר 2010

2 תמונות

החוקרים עושים התקדמות מהירה לעבר לייזרים צליל בתדירות גבוהה, כי ניתן להשתמש עבור הדמיה מדויקת ולא הרסנית רפואי. (קרדיט: אלן סטונברקר)

חמישים שנה לאחר המצאת הלייזר האופטי, שתי קבוצות מחקר נפרדות עשו צעדים עצמאיים לקראת הפיכת לייזר לייזרים - סוג לייזר שמשמיע צליל בתדר גבוה מאוד, מתואם במקום גלי אור - מציאות. המחקרים, שפורסמו בגיליון הנוכחי של כתב העת Physical Review Letters, עשויים להוביל לסוג חדש לגמרי של לייזר שיכול למצוא יישומים מעניינים בתחום ההדמיה הרפואית.

הטבע הקוונטי של האור פירושו "אפשרי לפלוט פוטונים קוהרנטיים של אותו תדר ושלב, בתהליך הנקרא " פליטה מגורה ". זה היה צפוי בשנת 1917 על ידי אלברט איינשטיין ואת הראשון ליישם בשנת 1960, כאשר הראשון לייזר אופטי נבנה.

למרות כמה הבדלים בסיסיים, גלים אור וקול הן נוצרו על ידי quanta, כלומר לייזרים צליל (או "sasers ") הם גם אפשריים. חוקרים כבר מסתכל לייזרים קול במשך זמן מה, אבל לא היה מסוגל לבנות אחד עובד בשעה גבוהה מאוד (terahertz) תדרים עדיין.

העניין סביב לייזרים קול הוא לא רק אקדמי גרידא: קול מתפשט במהירות כי הוא בערך 100, 000 קטן יותר ממהירות האור, ולכן יש אורך גל קטן יחסית, יחד עם רמות אנרגיה נמוכות יותר. השילוב של שני גורמים אלה אומר לייזרים צליל יאפשר הדמיה מדויקת ביותר של רקמה חיה מבלי לפגוע בו בתהליך (כפי שקורה לעתים קרובות עם הדמיה אופטית).

המכשול העיקרי ליישום של Saser בתדירות גבוהה הוא גם מה שהופך אותו לאטרקטיבי כל כך: אורכי הגל הקצרים מקשים על תיאום החלקיקים הקוונטיים כדי לנסוע בקוהרנטיות ולהבין את "הפליטה הממריצה" בפונונים.

שני צוותי מחקר מארה"ב ומאנגליה התמודדו עם הבעיה בגישות שונות, ושניהם עשו התקדמות חשובה לקראת הפיכתם של סאסים למציאות. קבוצה מקלטק קיבצה זוג חללים מיקרוסקופיים שרק מאפשרים תדרים ספציפיים של פונונים שיופלטו, ויוצרים ביעילות תהודה שמבטיחה את הגלים נמצאים תמיד בשלב אחד עם השני.

קבוצה שנייה מאוניברסיטת נוטינגהם באנגליה נקטה גישה שונה: הם בנו את המכשיר שלהם מתוך אלקטרונים העוברים דרך סדרה של מבנים הידועים כ "בארות קוונטיות ": כאשר אלקטרון קופץ מבאר קוונטית אחת למשנהו, הוא מייצר פון. בעוד מערכת זו לא n יש את המאפיינים של lon fonon אמיתי, המערכת הראתה זה מגביר קול בתדירות גבוהה יכול לשמש בעתיד כבניין היסוד של לייזר הקול הראשון.

שני המחקרים הללו הם פריצות דרך חשובות שיביאו יום אחד ללייזרים פונוניים מעשיים בתדירות גבוהה. למרות שזה קשה לחזות מיד מה ההשלכות זה יכול להיות בטווח הארוך - לייזר אופטי נחשבה ליד חסר תועלת זמן קצר לאחר המצאתי - הדמיה רפואית בוודאי להפיק תועלת רבה הפיתוח שלה אפילו בטווח הקצר.

מאמרים: Phonon לייזר פעולה במערכת דו מפלסית Tunable, קוהרנטית Terahertz הגברה קול קו ספקטרלי צמצום סולם שטרק Superlattice

החוקרים עושים התקדמות מהירה לעבר לייזרים צליל בתדירות גבוהה, כי ניתן להשתמש עבור הדמיה מדויקת ולא הרסנית רפואי. (קרדיט: אלן סטונברקר)

אלה הן תוכניות עבור הגברה phonon ו lasing: (למעלה) שני microcavities מצמידים נרגשים על ידי דופק אופטי נסיעה דרך סיב אופטי (כחול). (מרכז) משאבות פוטונים הזנת דרך סיבים מומרים לפוטונים אנרגיה נמוכה יותר פונונים קוהרנטית. בשעה משאבת סף כוח, רווח פון עולה על אובדן פונונים וכתוצאה מכך הליכון פייסון. (תחתית) הגברה Phonon ב superlattice. מנהור של אלקטרונים מבאר קוונטית אחת לאחרת מלווה פליטת פון. כאשר גל phonon חזק מוחל, זה מוביל הגברה phonon. (קרדיט: אלן סטונברקר)