لیزری ‌که همه نورها را می‌بلعد

50 سال است که فیزیکدان‌ها فناوری لیزر را اختراع کرده‌اند و تا امروز برای مصارفی همچون نظامی، پزشکی، صنعت سینما (برای فیلم‌های علمی ـ تخیلی و شمشیرهای لیزری جنگ‌های ستاره‌ای)، بارکد خوان سوپرمارکت‌ها و لوح‌های فشرده صوتی و تصویری کاربرد دارد؛ اما اینک قلمروی دانش، فناوری مخالف و معکوس آن یعنی «آنتی لیزر» را تجربه می‌کند.

البته به نظر نمی‌رسد پاد‌لیزر شهرتی جهانی یافته و جانشین آنتی لیزر شود. احتمالا این فناوری می‌تواند روزی به فناوری کاربردی سودمندی مثلا در انواع جدید سوئیچ‌های نوری برای رایانه‌ها تبدیل شود. این گمانه زنی‌ها در حالی است که تاکنون کسی ساخت یک پادلیزر را گزارش نکرده است، ولی بتازگی در نشریه مقالات انتقادی فیزیک، توصیفی نظری از این موضوع مطرح شده است و پیش‌بینی می‌شود، طرح موضوع پادلیزر تا همین حد نیز حرف و حدیث‌های متفاوتی را از جانب محققان و کارشناسان خبره حوزه‌های مختلف و بویژه دانش اپتیک به میان بکشد.

در همین خصوص مارین سولیاکیچ، فیزیکدان موسسه فناوری ماساچوست (ام.آی.تی) که البته خودش در این کار دخیل نبوده، می‌گوید «جای شگفتی دارد که پس از گذشت نیم قرن کار با فناوری لیزر، حالا کسی پیدا شده و درباره موضوع مهمی مثل پادلیزر، حرف‌هایی برای گفتن دارد.

اما این که آیا پادلیزر موضوعی واقعا عجیب با مکانیسمی پیچیده است یا نه، پاسخ را باید در تعریف و شرح کارکرد آن دریافت. یک پاد‌لیزر در عوض تقویت کردن نور به پالس‌های منسجم و همسان ـ مثل همان کاری که یک اشعه لیزر انجام می‌دهد ـ شعاع‌های نور رانده شده به سوی خودش را جذب می‌کند. در واقع پاد‌لیزر تله‌ای برای تمامی نورهای رسیده است و وقتی به‌طور کامل آنها را در خود بکشد، چیزی جز تاریکی مطلق بر جای نمی‌ماند. پاد‌لیزر را می‌توان برای کار در طول موج‌های مشخص نوری تنظیم و میزان کرد و همین موضوع به محققان اجازه می‌دهد تا با تنظیم و چرخاندن یک صفحه مدرج بتوانند این وسیله را به کار انداخته و سپس جذب نور را متوقف کنند. در همین خصوص داگلاس استون، فیزیکدان دانشگاه ییل درباره مکانیسم کارکرد پاد‌لیزر می‌گوید تنها با کمی دستکاری در فازهای اشعه‌، می‌بینیم که دامنه طول موج‌های باریک به شکلی جادویی به سیاه (بی‌رنگ) تبدیل می‌شود؛ مثل این که با یک حقه حیرت‌برانگیز شعبده بازی روبه‌رو هستیم.

بیشتر لیزرها از یک جهت منتشر می‌شوند، اما با این مفهوم جدید آنتی لیزر، امکان ایجاد لیزرهایی با ویژگی صدور دو شعاع یکسان ولی در جهت عکس هم وجود دارد. این فناوری نیازمند داشتن لایه‌هایی همسان و تا اندازه‌ای فرانما در هر دو انتهای لوح باریکی از یک ماده ساطع‌کننده نور، نظیر ارسنید گالیوم است.

استون و همکارانش می‌خواستند ببینند اگر مواد داخل لیزری که بازتاب فوتون‌هاست را جایگزین کنند، چه اتفاقی ممکن است روی دهد. چون در ترکیب‌بندی درست، مواد جذب‌کننده بیشتر فوتون‌های فرستاده شده به داخل را مکش می‌کنند، در حالی که باقیمانده امواج نوری به وسیله تداخل با همدیگر خنثی می‌شوند.

پادلیزر تله‌ای برای تمامی نورهای رسیده است و وقتی به‌طور کامل آنها را در خود بکشد، چیزی جز تاریکی مطلق بر جای نمی‌ماند

محققان محاسبه کرده‌اند در صورتی که ماده جاذب نوری مثل سیلیکون به جای ماده تقویت‌کننده نور در سامانه لیزری استفاده شود، در آن زمان و در طول موج‌های معینی، 2 شعاع لیزر همسانی که مستقیما در همدیگر تابیده شده‌اند، به‌طور کامل خودشان را درون این ماده محو و خنثی می‌کنند. به‌گونه‌ای که برشی از سیلیکون به ضخامت کاغذ به طور طبیعی حدود 20 درصد نور ورودی را جذب می‌کند، اما محققان نشان دادند در وضعیت ترتیب داده شده جدید، این برش سیلیکونی می‌تواند تقریبا تمام نور را در 945 نانو متر ـ نزدیک مادون قرمز ـ محو کند.

این مکانیسم جالب توجه با آنچه از دور درباره مفهوم پاد‌لیزر ممکن است به ذهن متبادر شود و آن را به شکلی پیچیده و خاص به نمایش بگذارد، متفاوت است تا جایی که استفانو لانجی، فیزیکدان موسسه پلی‌تکنیک میلان ایتالیا ـ که تحت‌تأثیر مفهوم پاد‌لیزر قرار گرفته است ـ آن را مفهوم «بسیار زیرکانه و ساده» عنوان می‌کند. اما خود گروه دانشگاه ییل، نام‌های دیگری بر آن گذاشته‌اند. به عنوان مثال از این دستگاه با عنوان «جاذب کامل همسان» نام می‌برند یا مثلا وایدانگ چانگ، محقق فوق دکتری دانشگاه ییل نام آن را لیزر زمان معکوس گذاشته است، چون پاد‌لیزر مثل لیزری کار می‌کند که با استفاده از واسطه جذب‌کننده بیشتر در جهت معکوس عمل می‌کند تا این که مثل لیزر عادی تقویت‌کننده باشد.

با این اوصاف، حتی اگر پاد‌لیزر تمام و کمال کار جذب کردن را انجام دهد، همچنان که تنها در طول موج‌های مشخصی از نور عمل می‌کند، اما برای کاربردهایی نظیر صفحات خورشیدی که طیف گسترده‌ای از طول موج‌ها را در بر می‌گیرد، ظاهرا فناوری نامناسبی به نظر می‌رسد. علاوه بر این که مواد مهندسی شده مخصوص که فوق مواد نامیده می‌شوند، می‌توانند درخصوص این نوع جذب‌ها کارآیی داشته باشند. اما چون پاد‌لیزر می‌تواند تنها با تغییر طول موج نور ورودی از حالت جذب‌کنندگی به حالت غیر جذب‌کنندگی تغییر وضعیت دهد، می‌تواند کاربرد سودمندش در سوئیچ‌های نوری را بخوبی ثابت کند.

محققان می‌گویند از لحاظ فنی انرژی حاصل از محو شدن شعاع‌ها به گرما تبدیل می‌شود، اما اگر این انرژی بتواند به نحوی به جریان الکتریکی تبدیل شود، اثر آن می‌تواند امکان پالس‌هایی در کابل‌های فیبر نوری را فراهم کند و با راندمان بالایی به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل شود.

در این میان، سایر محققان دانشگاه ییل تحت سرپرستی هویی کائو، پژوهشگر برجسته اکنون برای ساخت یک پاد‌لیزر تلاش می‌کنند و معتقدند پیشرفت‌شان تا اینجای کار بسیار نوید بخش به نظر می‌آید. کارشناسان بر این باورند که روزی پاد‌لیزر بتواند مستقیما با خویشاوندش ـ لیزر ـ به هم برسند و این برخورد، بی‌شک تلاقی چالش برانگیزی خواهد بود. در همین رابطه لانجی، فیزیکدان ایتالیایی در مقاله‌ای به طرح همین بحث پرداخته و معتقد است، ساخت وسیله و ادواتی که بتواند ترکیب و آمیزشی از یک لیزر عادی را با یکی از این مواد جاذب نوین به نمایش بگذارد، دور از انتظار نیست. در اصل، همنشینی یک لیزر و ضدش در یک وسیله، ابزاری با قابلیت‌های نامشخص را برای قلمروی دانش و فناوری به ارمغان خواهد آورد.

مهریار میرنیا

منابع: wired / newscience