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Neuerfinden des Lasers: Neue Theorien fechten 60 Jahre allgemeines Verständnis an

March 1, 2021

Entsprechend einer Studie, die in der Zeitschrift Natur-Physik veröffentlicht wird, hat die Arbeit von zwei unabhängigen Teams von Physikern 60 Jahre des maßgeblichen Konsenses auf Lasern angefochten.

 

Seit der erste Laser in den fünfziger Jahren erfunden wurde, haben Physiker die Laser errichtet, die auf Quantenmechanischen Grenzen auf der Reinheit ihrer Farben basieren. Laser, Kurzschluss für „helle Verstärkung durch angeregte Emission der Strahlung,“ funktioniert, indem er eine Kopie des ursprünglichen Signals erzeugt, wenn Photonen der gleichen Frequenz herein geschossen werden, um Atome aufzuregen.

 

In der neuen theoretischen Studie schlagen zwei Teams von Physikern eine Lösung vor, um diese althergebrachte Beschränkung zu umgehen.

 

Laser haben bereits praktische Anwendungen im Alltagsleben, wie Korrektur von Vision, Ablesen von Strichkodes in den Gemischtwarenladen, Ätzung von Computer-Chips, Übertragen von Videodateien vom Mond und Helfen, das selbst-fahren von Autos laufen zu lassen. Neuentdeckungen konnten einfarbige Laser dieser Liste hinzufügen und sie für Anwendungen wie Quantendatenverarbeitung schließlich benutzen.

 

Die Photonen im Laser pflanzen in Einklang mit einander fort und stoßen den Laser an der gleichen Phase aus -- eine Ausrichtung nannte „in der Phase“ durch Wissenschaftler. Einfach gesagt ist jedes Photon wie eine Welle, wenn seinen Spitzen und Abflussrinnen mit benachbarten Wellen ausgerichtet sind.

 

Um einen einfarbigen Laser zu erzielen, benötigen Photonen eine längere Zeit zu synchronisieren, die bedeutet dass ihre Wellenlängen genau ausgerichtet sein müssen. Die Wellenlänge bestimmt die Farbe der Lichtquelle. Zum Beispiel ist die Wellenlänge des grünen Lichtes zwischen 500 und 550 Nanometern.

Die oben erwähnte Synchronisierung von Laser-Photonen wird zeitliche Kohärenz genannt, und diese superschnelle und stabile Frequenz garantiert, dass Laser-Geräte für Feinmeßgeräte benutzt werden können.

 

Das Problem mit traditionellen Lasern ist jedoch, dass Photonen allmählich aus Synchronisierung heraus fallen, während sie den Laser verlassen, und die Zeit, die sie in der Synchronisierung bleiben, bekannt als die Kohärenzzeit des Lasers.

 

Entsprechend den Gesetzen von Physik, schätzten Wissenschaftler Arthur Schawlow und Charles Townes die Kohärenzzeit eines in hohem Grade Ausführungslasers im Jahre 1958. Dieses wurde als die Schawlow-Townesgrenze bekannt, und es wurde der Festpunkt für sich entwickelnde Laser für Jahrzehnte.

„Prinzipiell, sollten wir in der Lage sein, viel zusammenhängendere Laser herzustellen.“ David Pekker, ein Führungsforscher saied.

 

Ein Forscherteam, das vom Physiker David Peck der Universität von Pittsburgh geführt wird, ficht diese althergebrachte Theorie an. Sie argumentieren, dass die „Sholow-Townesgrenze“ nicht die äußerste Grenze ist. Ihre grundlegende Hypothese ist, in der Lage zu sein, Laser zu entwickeln, die durch die „Sholow-Townesgrenze“ begrenzt werden, aber ist zusammenhängender.

 

Anstatt, an den Laser als Hohlkasten mit Licht in ihr zu denken, wo Photonen mit einer Rate wiederholen und verlassen, die zur Menge des Lichtes im Kasten proportional ist, schlägt die späteste Forschung ein Ventil auf dem Laser vor, um die Geschwindigkeit zu steuern, an der Photonen fließen. Diese Physiker glauben, dass dieser den Laser für viel zusammenhängend sein lässt länger dachte als vorher.

 

Obgleich das Forschungsteam glaubt, dass Schätzungen Sholow und Townes von Laser-Kohärenz zu der Zeit angemessen waren, hat Quantentechnologie jetzt Physikern ermöglicht, das metrische weiter zu verfeinern.

Einige Kritiker des neuen Werks sagen jedoch, dass der Entwurf möglicherweise nicht für kommerzielle Anwendungen passend ist. Obgleich es in der Theorie angemessen scheint, tut er nicht passend für praktische kommerzielle Anwendung. Nehmen Sie ein Beispiel als die gegenwärtigen Laser-Hersteller, die meisten ihnen verwenden nicht die „Sholow-Townesgrenze“, um ihre Entwürfe zu führen.

 

Nichtsdestoweniger ist das Kussteam überzeugt, dass es seinen neuen Laser-Entwurf in unsere Leben holt. Ihr Ziel ist, einen MASER, für die Menge zu errichten, die in einem Quantencomputer programmiert, der von den supraleitenden Stromkreisen hergestellt wird. Beachten Sie jedoch dass solch eine ehrgeizige Bemühung möglicherweise erfordert Jahre der langfristigen der gelöst zu werden Forschung und vielen großen Probleme.

 

Diese späteste Forschung definiert möglicherweise neu, welche Laser-Durchschnitte, entsprechend einer Beurteilung durch eine Peer-Gruppe. Wie der superradiant Laser der im Jahre 2012 erfunden wurde, widerspricht der Entwurf die traditionelle Definition eines Lasers. Sie produzieren Licht nicht durch, was als angeregte Emission bekannt, also sind das „s“ und „e“ im Akronym „Laser“ nicht mehr angebracht.