חוקרים בטכניון פיתחו "לייזר גל-מים"

חוקרים בטכניון פיתחו "לייזר גל-מים" - התקן ראשון מסוגו היוצר קרינת לייזר באמצעות תגובת גומלין בין אור לגלי מים. יישומים אפשריים של ההתקן כוללים גלאי רב חושי שמתבסס על גלי אור, קול וגלי מים; וקירור אופטי של גלי מים לצורך הבאתם לתחום הקוואנטי שבו האנרגיה משתנה ביחידות בדידות.

המחקר, המתפרסם בכתב העת Nature Photonics, נערך על ידי הדוקטורנט שי מעייני ושמואל קמינסקי בהנחייתו של פרופ' טל כרמון, ראש המרכז לאופטומכניקה בפקולטה להנדסת מכונות. זהו גישור ראשון בין שני תחומי מחקר שנחשבו לא קשורים זה לזה: אופטיקה לא לינארית וגלי מים.

התקני לייזר מבוססים על עקרון הפליטה המאולצת, שאותו ניסח אינשטיין. במילים פשוטות מדובר בכך שאטומים פולטים קרינה כאשר פוגע בהם אור. לרוב מבוססים התקני לייזר על מעבר אלקטרונים בין רמות האנרגיה של האטום. כאן, לעומת זאת, מוצע התקן נוזלי בו מחוללות תנודות גלי המים את קרינת הלייזר. טיפת המים רכה פי מיליון בהשוואה למה שהטכנולוגיה הנוכחית בהתקנים אופטיים מאפשרת, ולכן הלחץ שמפעיל האור על הטיפה גורם לדפורמציה גדול פי מיליון.

פרופ' טל כרמון (משמאל) והדוקטורנט שי מעייני(צילום: דוברות הטכניון)

שמואל קמינסקי(צילום: דוברות הטכניון)

האפשרות ליצירת לייזר באמצעות אינטראקציית אור-עם גלי מים לא נבחנה בעבר, אפילו לא על ידי תיאורטיקנים, בעיקר בשל הפער העצום בין תדירותם הנמוכה של גלי המים (כ-1,000 תנודות בשנייה) לבין תדירותה הגבוהה של קרינת הלייזר. פער תדירויות זה מקטין את יעילות העברת האנרגיה בין אור לגלי מים. כדי לצמצם את אותו פער השתמשו החוקרים במכשיר מגביר תהודה (מהוד) שבו חולפים גלי מים ואור האחד דרך השני פעמים רבות.

 בדומה להד ש"מכפיל" צעקה אחת, גלי האור וגלי המים חולפים זה דרך זה פעמים רבות. כדי להגדיל למליון את מספר ״ההדים האופטיים" השתמשו החוקרים בנוזלים שקופים, וכדי להגדיל את מספר הדי המים ל-20 נבחרו נוזלים שצמיגותם נמוכה.