إنشاء والتحكم في أشعة الليزر المتسارعة (Airy Beams) باستخدام البلورات الضوئية غير الخطية

الطريقة التي كشف عنها الباحثون في جامعة تل أبيب في Nature Photonics تجعل من الممكن إنتاج أشعة متسارعة بترددات جديدة وكذلك التحكم في خصائصها مثل معدل التسارع أو شدة الشعاع

في العمل المنشور في العدد الأخير من مجلة Nature Photonics، تحدثت مجموعة من الباحثين من قسم الإلكترونيات الفيزيائية في جامعة تل أبيب (طلاب الدكتوراه تال ألينبوغان، ونوعا فالاش بلوخ، وأييليت جاني بيدويتز، والبروفيسور عدي أرييه) عن التطور. طريقة جديدة لإنشاء حزم Airy المتسارعة والتحكم فيها باستخدام الضوء. تعتمد الطريقة على تحويل غير خطي* للضوء باستخدام بلورة فوتونية غير خطية خاصة تم تصميمها وتصنيعها لهذا الغرض. تتفاعل مناطق مختلفة من البلورة بشكل مختلف مع الشعاع الساقط، وبالتالي فإن النتيجة التي يتم الحصول عليها من تشعيع الشعاع العادي تخلق شعاعًا هوائيًا متسارعًا. وتتيح هذه الطريقة إنتاج حزم متسارعة بترددات جديدة وكذلك التحكم في خصائصها مثل معدل التسارع أو شدة الشعاع، بطريقة بصرية بحتة عن طريق تغيير خصائص شعاع ضوئي آخر. يظهر مخطط التجربة في الشكل.

من الشائع افتراض أن أشعة الضوء تتحرك عبر الهواء في خطوط مستقيمة. ومع ذلك، في عام 2007 أظهر علماء من جامعة سنترال فلوريدا أن هناك شعاعًا تتحرك شدته القصوى في مسار مكافئ، مشابه للحركة الباليستية لجسم يتم رميه أفقيًا. يُطلق على هذا الشعاع اسم شعاع هوائي متسارع، قياسًا على تسارع الجسم الذي يتم سحبه إلى الأرض. إن الدالة Airy التي تصف توزيع شدة الشعاع هي دالة تحتوي على عدد لا نهائي من الفصوص التي تتلاشى كلما ابتعدت عن الفصوص الأساسية. يحدد الفص الأول شدة الذروة للشعاع.

تم مؤخراً نشر دراسة توضح استخدام الـ Airy Beams للتحكم وتوجيه الجسيمات النانومترية في المسارات المنحنية. أصبح هذا التحكم ممكنًا بفضل الضغط الإشعاعي للضوء، الذي يلتقط الجسيم ويجبره على التحرك على طول مسار الشعاع. إن القدرة على إجبار الجزيئات الصغيرة على التحرك في مسارات منحنية والتحكم فيها يفتح الباب أمام تطبيقات جديدة في علم الأحياء. وفي دراسة أخرى، نُشرت مؤخرًا في مجلة Science المرموقة، أظهر علماء من الولايات المتحدة الأمريكية أنه يمكن استخدام شعاع هوائي قوي للغاية لتأين الهواء وإنشاء قناة بلازما موصلة تتحرك في مسار منحني. ومن خلال توجيه هذه القنوات بشكل صحيح إلى السحب البرقية، سيكون من الممكن تفريغها بطريقة محكمة وآمنة قبل أن تتكسر بشكل عشوائي، وبالتالي منع أضرار العواصف الرعدية.

* تسليط ضوء قوي على مواد معينة بتردد واحد يؤدي إلى خلق ضوء بتردد آخر. على سبيل المثال، يمكن أن تؤدي إضاءة المادة بالضوء الأحمر إلى إنشاء ضوء أزرق منبعث من المادة.