De eerste laser werd meer dan vijftig jaar geleden gebouwd. De technologie is sindsdien verbeterd en aangescherpt, maar het principe is niet veranderd. Je gebruikt een holte gevuld met een stof waarin je lichtdeeltjes los kan maken en stimuleert daarin de emissie van een smalle, gelijkmatige lichtbundel waarin alle lichtdeeltjes (fotonen) dezelfde golflengte en fase hebben.
‘Dat is leuk,’ moeten Douglas Stone en zijn collega’s aan de Amerikaanse Yale University gedacht hebben, ‘maar kan het ook andersom?’ In de zomer van 2010 publiceerden zij hun ideeën over een antilaser. Dit apparaat versterkt de emissie van licht niet, maar absorbeert het juist. Een half jaar later demonstreren de onderzoekers dat hun idee niet alleen op papier werkt.
Hoe werkt een laser?
Lawrence Livermore National Security, LLC, and the Department of Energy
Lasers maken gebruik van spontane emissie door atomen. Dat wil zeggen dat atomen die in een hoog-energetische toestand zitten soms een lichtdeeltje uitzenden. In de eerste laser werd die emissie gestimuleerd door een cilindrisch robijnkristal te beschijnen met een puls heel intens licht.
De lichtdeeltjes die uit de atomen in het robijn komen hebben allemaal precies dezelfde kleur en gedragen zich precies hetzelfde. Ze bewegen door het kristal. Aan de ene kant van de cilinder zit een spiegel, aan de andere kant een halfdoorlatende spiegel. Als de lichtdeeltjes andere aangeslagen atomen tegenkomen, maken ze daaruit een nieuw lichtdeeltje vrij. Zo krijg je een waterval aan lichtdeeltjes, die stukje bij beetje ontsnapt door de halfdoorlatende spiegel.
De robijnlaser maakt pulsen van laserlicht: gedurende heel korte tijd wordt een grote hoeveelheid lichtdeeltjes (fotonen) losgemaakt. Tegenwoordig zijn er ook veel lasers die een constante stroom van laserlicht produceren.
In de antilaser komen twee laserbundels van verschillende kanten aan in een siliciumkristal. Binnenin dat kristal raken ze gevangen: de lichtbundels kaatsen heen en weer tussen de uiteinden van het kristal maar komen er niet meer uit. Bij elke botsing raken de bundels een beetje energie kwijt, die omgezet wordt in warmte in het kristal. Uiteindelijk blijft er geen licht meer over.
De antilaser van Stone en experimenteel natuurkundige Hui Cao bestaat uit een kristal van 110 micrometer. Daar worden twee laserbundels met een golflengte van 998,5 nanometer op gericht. Meer dan 99% van het laserlicht wordt door het kristal geabsorbeerd, een prachtig resultaat voor een eerste experiment. Volgens de berekeningen moet het zelfs nog beter kunnen: een efficiëntie van 99,999% ligt binnen bereik.
Stone en zijn collega’s denken dat de antilaser toepassingen zal vinden in een nieuwe generatie computers. Daarin zal in plaats van elektrische stroom licht worden gebruikt om signalen door te geven. De antilaser kan toegepast worden om de helderheid van die lichtsignalen aan te passen. Bovendien kan je door licht in warmte om te zetten de lichtsignalen in elektrische pulsen veranderen. Voordat we dit soort computers in de winkel vinden is er echter nog een groot probleem op te lossen: hoe integreer je een laser op een chip?
Meer lezen over lasers en optica op Kennislink:
Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/laser/lasers/optica/index.atom?m=of", “max”=>"10", “detail”=>"minder"}