Innsbruck Üniversitesi ve Harvard Üniversitesi’nden fizikçilerden oluşan bir ekip, lazer ışığı üretmenin temelde yeni bir yolunu önerdi: aynasız bir lazer. Çalışmaları, şu dergide yayınlandı: Fiziksel İnceleme Mektuplarıdalga boyu altı mesafelerde aralıklı kuantum yayıcıların, herhangi bir optik boşluk olmadığında bile parlak, çok dar bantlı bir ışık ışını üretmek için foton emisyonlarını yapıcı bir şekilde senkronize edebildiklerini gösterir.
Geleneksel lazerlerde aynalar, ışığı ileri geri yansıtarak uyarılmış atomlardan veya moleküllerden tutarlı emisyonu ve dolayısıyla ışığın amplifikasyonunu teşvik etmek için gereklidir. Ancak yeni “aynasız” konseptte atomlar, atomlar arası mesafenin yayılan ışığın dalga boyundan daha küçük olması nedeniyle doğrudan kendi elektromanyetik dipol alanları aracılığıyla etkileşime giriyor. Sistem yeterli enerjiyle pompalandığında, bu etkileşimler yayıcıların birbirine kilitlenmesine ve toplu olarak ışınım yapmasına neden olur; bu olguya süper radyant emisyon adı verilir.
Helmut Ritsch liderliğindeki ekip, yayıcıların yalnızca bir kısmının bir lazer tarafından uyarıldığı ve geri kalan atomların pompalanmadığı durumlarda, bu kolektif emisyonun, tek bir dar spektral çizgiye sahip, hem oldukça yönlü hem de spektral olarak saf ışık ürettiğini buldu. Bu pasif emitör fraksiyonu, tahrik lazeri veya güç genişletme tarafından genişletilmediğinden, optik rezonatörün ve kazanç ortamının ayrı fiziksel varlıklar olduğu geleneksel lazere benzer şekilde, aktif emitörler için etkili bir şekilde optik rezonatör görevi görür.
Innsbruck Üniversitesi Teorik Fizik Bölümü’nden doktora sonrası araştırmacısı Anna Bychek, “Atomlar emisyonlarını senkronize eder ve belirli bir eşiğin üzerinde toplu olarak veya birbirleriyle uyum içinde ışık saçmaya başlar” diye açıklıyor. “Gelecekteki çalışmalarda hala üzerinde çalışılması gereken birçok soru var, ancak atomların boş uzayda dipol-dipol etkileşimi yoluyla kendi geri bildirim mekanizmalarını ve frekans seçimini oluşturdukları açıktır.”
Kavramsal öneminin ötesinde bu keşif, nanofotonik ve hassas ölçümler için yeni bir ultra kompakt ışık kaynakları sınıfına işaret ediyor. Emisyon frekansı esas olarak atomların kendisi tarafından belirlendiğinden, bu tür sistemler kuantum sensörleri, saatler veya çip üstü cihazlar için olağanüstü kararlı optik referanslar sağlayabilir.
Araştırma, büyük atom topluluklarının nasıl kolektif olarak davrandığını ve tutarlı radyasyon yaydığını keşfetmek için ışık-madde etkileşimleri teorisini ileri sayısal yöntemlerle birleştiriyor. Sonuçlar, alanda devam eden ilerlemeyle aynasız lazerin yakında teorik tahminden deneysel gerçekleştirmeye geçebileceğini gösteriyor.
