אור קוהרנטי ממלח?

האור הבוקע מרוב מקורות האור – הטבעיים והמלאכותיים – אינו קוהרנטי, כלומר, איננו בעל פאזה אחידה. המקור הנפוץ ביותר לאור קוהרנטי הוא הלייזר. בין הלייזרים נציין במיוחד לייזר אלקטרונים חופשיים (FEL), שבו אלקטרונים נעים במהירות גבוהה וחולפים דרך מערך מחזורי של שדות מגנטיים. בעקבות תנועתם בשדה המגנטי, הם משנים את כיוון המהירות, ולפיכך פולטים קרינה. יתרונו של FEL על פני לייזר רגיל הוא, שב-FEL אפשר לשנות את תדירות הקרינה באמצעות קביעת מהירות האלקטרונים או שליטה בשדות המגנטיים.

כעת, החוקרים האמריקנים אוואן ריד (Reed) ועמיתיו מציעים שיטה חדשה להפקת אור קוהרנטי. השיטה מתבססת על העברת גל הלם מכאני בגביש. החוקרים טוענים כי לפי חישוביהם, גל הלם בעל חזית מישורית החולף בגביש דיאלקטרי יגרום לפליטה של קרינה קוהרנטית. ניבוי זה רלוונטי לסוגים רבים של גבישים, ובהם מלח שולחן (נתרן כלורי), שבו התמקדו החוקרים. תדירות הקרינה תלויה במבנה הגביש, והיא בסדר גודל של טרה-הרץ (בטווח שבין קרינת מיקרו לקרינה אינפרה-אדומה).

מקורה של הקוהרנטיות הוא במחזוריות הגביש. לפי התיאוריה, כאשר מכה בגביש גל הלם, התזוזה של האטומים בתוכו גורמת להיווצרות דיפולים חשמליים. כאשר הגל נע בחומר, הוא גורם לשינוי בקיטוב של הדיפולים באזורים שונים של הגביש, ולמעין "זרם קיטוב" בגביש. זרם הקיטוב גורם לשינויים בשדה החשמלי, ולפיכך לפליטת קרינה. מן החישובים עולה כי מאחר שהגביש מחזורי, הפאזה של הקרינה הנפלטת תהיה מתואמת, כלומר, תיפלט קרינה קוהרנטית. עוצמת הקרינה אמורה להיות נמוכה למדי, אך חזקה מספיק לצפייה.

החוקרים ערכו הדמיה ממוחשבת של גל הלם הנע בתוך גביש מלח. לצורך ההדמיה נבחרה טמפטורה נמוכה, של 4.2 מעלות קלווין, כדי לצמצם תנודות אקראיות בגביש. בהדמיה הכו בגביש מלח שממדיו כמה מאות ננומטרים באמצעות מדחף, הנע במהירות 200 מטרים בשנייה. ההדמיה ניבאה כי תיפלט קרינה בתדירויות מסוימות, הנקבעות לפי המרחקים הבין-אטומיים בגביש.

תנאי ההדמיה הם ריאליים בטכנולוגיה הקיימת, ולפיכך אפשר לבצע ניסוי זה בפועל. אף על פי כן, עשויים לצוץ קשיים בניסוי, בראש ובראשונה ביצירת גל שחזיתו תהיה מישורית לחלוטין. אם חזית הגל איננה מישורית, יהיה בכך כדי להשפיע על עוצמת הקרינה, אך לא על הקוהרנטיות שלה. השפעה זו של צורת החזית על עוצמת הקרינה היא תופעה שאפשר לנצלה, אם אך יהיה אפשר לצפות בה בניסוי, למדידה רגישה מאוד של צורתן של חזיתות גל. הקרינה הנפלטת רגישה גם לחדות של חזית גל ההלם, ולכן היא יכולה לשמש כאינדיקציה גם לגודל זה. שיטה זו היא בעלת נצילות נמוכה, מאחר שרוב האנרגיה מושקעת ביצירת גל ההלם, כלומר בדחיסת הגביש, ורק מקצתה – בקרינה.

אם תופעה זו, של פליטת אור קוהרנטי בעקבות העברת גל הלם בגביש, אכן תימצא בניסוי, ייתכן שלא תהיה המקור המעשי ביותר לקרינה קוהרנטית בתחום הטרה-הרץ, אך יהיה אפשר להשתמש בה לבחינה של חומרים ושל גלים הנעים בהם.