Menemukan kembali laser: Teori-teori baru menantang pemahaman umum selama 60 tahun

Menurut sebuah penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Nature Physics, karya dua tim fisikawan independen telah menantang 60 tahun konsensus yang berlaku tentang laser.

Sejak laser pertama ditemukan pada 1950-an, fisikawan telah membangun laser berdasarkan batas mekanis kuantum pada kemurnian warnanya.Laser, singkatan dari "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation," bekerja dengan menghasilkan salinan sinyal asli ketika foton dengan frekuensi yang sama ditembakkan untuk menggairahkan atom.

Dalam studi teoretis baru, dua tim fisikawan mengusulkan solusi untuk menghindari batasan yang sudah lama ada ini.

Laser sudah memiliki aplikasi praktis dalam kehidupan sehari-hari, seperti mengoreksi penglihatan, membaca kode batang di toko bahan makanan, mengetsa chip komputer, mengirimkan file video dari bulan, dan membantu mengoperasikan mobil tanpa pengemudi.Penemuan terbaru dapat menambahkan laser monokromatik ke daftar ini dan akhirnya menggunakannya untuk aplikasi seperti komputasi kuantum.

Foton dalam laser menyebar secara sinkron satu sama lain, mengeluarkan laser pada fase yang sama - sebuah penyelarasan yang disebut "dalam fase" oleh para ilmuwan.Sederhananya, setiap foton seperti gelombang, dengan puncak dan palung yang sejajar dengan gelombang tetangga.

Untuk mendapatkan laser monokromatik, foton membutuhkan waktu lebih lama untuk melakukan sinkronisasi, yang berarti panjang gelombangnya harus disejajarkan dengan tepat.Panjang gelombang menentukan warna sumber cahaya.Misalnya, panjang gelombang lampu hijau antara 500 dan 550 nanometer.

Sinkronisasi foton laser yang disebutkan di atas disebut koherensi temporal, dan frekuensi super cepat dan stabil ini memastikan bahwa perangkat laser dapat digunakan untuk instrumen presisi.

Masalah dengan laser tradisional, bagaimanapun, adalah bahwa foton secara bertahap tidak sinkron saat mereka meninggalkan laser, dan waktu mereka tetap sinkron dikenal sebagai waktu koherensi laser.

Menurut hukum fisika, ilmuwan Arthur Schawlow dan Charles Townes memperkirakan waktu koherensi laser berkinerja tinggi pada tahun 1958. Ini dikenal sebagai batas Schawlow-Townes, dan menjadi patokan untuk mengembangkan laser selama beberapa dekade.

"Pada prinsipnya, kita harus bisa membuat laser yang jauh lebih koheren."David Pekker, peneliti utama saied.

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh fisikawan David Peck dari University of Pittsburgh menantang teori lama ini.Mereka berpendapat bahwa "Batas Kota-Kota Sholow" bukanlah batas terakhir.Hipotesis dasar mereka adalah mampu mengembangkan laser yang dibatasi oleh "Batas Kota-Sholow" tetapi lebih koheren.

Alih-alih menganggap laser sebagai kotak berlubang dengan cahaya di dalamnya, di mana foton bereplikasi dan pergi dengan kecepatan yang sebanding dengan jumlah cahaya di dalam kotak, penelitian terbaru mengusulkan katup pada laser untuk mengontrol kecepatan aliran foton. .Fisikawan ini percaya ini akan memungkinkan laser menjadi koheren lebih lama dari yang diperkirakan sebelumnya.

Meskipun tim peneliti percaya bahwa perkiraan koherensi laser Sholow dan Townes masuk akal pada saat itu, teknologi kuantum kini telah memungkinkan fisikawan untuk lebih menyempurnakan metrik.

Beberapa kritik terhadap karya baru ini, bagaimanapun, mengatakan bahwa desain tersebut mungkin tidak cocok untuk aplikasi komersial.Meskipun tampaknya masuk akal secara teori, ini tidak cocok untuk aplikasi komersial praktis.Ambil contoh sebagai produsen laser saat ini, kebanyakan dari mereka tidak menggunakan "Batas Sholow-Townes" untuk memandu desain mereka.

Meskipun demikian, tim Peck yakin bahwa mereka akan membawa desain laser barunya ke dalam kehidupan kita.Tujuan mereka adalah untuk membangun maser, untuk pemrograman kuantum di komputer kuantum yang terbuat dari sirkuit superkonduktor.Perlu diingat, bagaimanapun, bahwa upaya ambisius seperti itu mungkin membutuhkan penelitian jangka panjang selama bertahun-tahun dan banyak masalah besar yang harus diselesaikan.

Penelitian terbaru ini dapat mendefinisikan kembali apa arti laser, menurut tinjauan sejawat.Seperti LASER superradiant, yang ditemukan pada tahun 2012, desainnya bertentangan dengan definisi tradisional LASER.Mereka tidak menghasilkan cahaya melalui apa yang disebut emisi terstimulasi, sehingga "s" dan "e" dalam akronim "LASER" tidak lagi sesuai.