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    Gli ingegneri portano gli impulsi laser in nuove dimensioni

    Il dottorando Logan Wright, sinistra, e Frank Wise, il Samuel B. Eckert Professore di Ingegneria presso il Dipartimento di Fisica Applicata e dell'Ingegneria, nel laboratorio di Wise nell'Olin Chemistry Research Lab. Credito:Cornell University

    Quando picchi su una semplice pelle di tamburo, farà sicuramente rumore, ma probabilmente non chiameresti quel rumore una nota musicale.

    "L'hai colpito, e genera tutte queste vibrazioni in relazioni casuali l'una con l'altra. Di conseguenza, ti viene un tonfo, " ha detto Frank Wise, il Samuel B. Eckert Professore di Ingegneria presso il Dipartimento di Fisica Applicata e dell'Ingegneria.

    Perché un tamburo fa un tonfo, quando clarinetti e chitarre possono produrre note e accordi? La differenza è la dimensionalità:in un tubo stretto o in una corda tesa, le oscillazioni dell'aria all'interno del tubo o della corda sono unidimensionali. In contrasto, una pelle di tamburo è bidimensionale, e le sue vibrazioni di solito sono più complicate.

    "Ma immagina se tutte le vibrazioni della pelle del tamburo fossero bloccate insieme, " ha detto. "Allora otterresti una cosa diversa - una nota".

    Essenzialmente questo è ciò che Wise e il dottorando Logan Wright hanno fatto con il loro strumento preferito:il laser. Questo è l'argomento del loro articolo, "Blocco della modalità spaziotemporale nei laser a fibra multimodale, " pubblicato il 6 ottobre in Scienza .

    Contribuì anche Demetrios Christodoulides, professore di ottica e fotonica alla University of Central Florida. Wise e Wright hanno presentato una domanda di brevetto per questo metodo laser potenzialmente rivoluzionario.

    I laser con cui la maggior parte delle persone ha familiarità sono il risultato di fotoni (particelle di luce) che operano in coerenza - in altre parole, le creste e le depressioni delle onde luminose sono sincronizzate. Luce ordinaria, come quello di una lampadina, comprende molteplici, lunghezze d'onda non coerenti in tre dimensioni, e quindi disperde.

    Le modalità di un risonatore laser sono tridimensionali, anche, con variazioni lungo l'asse del risonatore e due dimensioni trasversali - su e giù, e da un lato all'altro.

    Ma il laser comune, come quello che si trova in un puntatore laser, limita il funzionamento a un'unica modalità trasversale. "Nulla cambia nelle dimensioni trasversali, "Saggio ha detto, "quindi è essenzialmente un dispositivo unidimensionale."

    Ciò non significa che gli altri modelli di luce non ci siano, e il gruppo di Wise ha dimostrato la capacità di bloccare quegli altri "colori, "o lunghezze d'onda, insieme. E non solo tutte le lunghezze d'onda sono bloccate, ma lo sono anche i diversi modelli spaziali tridimensionali della luce laser. "È il blocco del tempo e dello spazio, "Disse saggio.

    "La luce ad alta intensità si comporta in modo diverso da come siamo abituati, " Wright ha detto. "Siamo stati in grado di progettare il laser in modo che questo blocco della modalità avvenga da solo:le interazioni tra queste modalità in realtà fanno sì che la luce nel laser si auto-organizzi".

    Wright lo chiama "il primo laser tridimensionale a modalità bloccata al mondo, " ma a cosa può servire? A poche cose, hanno detto Wise e Wright, entrambi pronti a sottolineare che quello che hanno fatto è dimostrare un concetto, non inventare un nuovo strumento utile. "Ci vorrà molto più lavoro per questo, "Disse saggio.

    Le potenziali applicazioni includono:

    • Laser ad altissima potenza, poiché la luce all'interno del laser può essere più diffusa e quindi l'intensità di picco (concentrazione di energia) può essere molto più bassa.
    • Controllare l'emittanza del raggio in modo da creare uno schema specifico nello spazio-tempo. In teoria, questo potrebbe essere usato per catalizzare prima una reazione in una molecola complicata con un impulso di luce (per eccitare vibrazioni specifiche o livelli di energia), quindi registrare i dettagli di quella reazione con un altro impulso pochi femtosecondi (quadrillionesimi di secondo) dopo. "Questo potrebbe essere utile per studiare le reazioni di molecole molto complesse, come si trovano nei sistemi biologici, "Disse saggio.

    Wise e Wright credono che la loro idea potrebbe portare avanti una tecnologia che è stata praticamente bloccata in un'unica modalità per più di 50 anni, dall'invenzione del laser.

    "Proprio come saresti sorpreso di sentire una nota uscire da un tamburo, "Saggio ha detto, "La gente sarà sorpresa di sentire un impulso spaziotemporale provenire da un laser. Stiamo usando gradi di libertà che non erano stati usati prima".

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