Физики создали лазер из звука

Представьте себе технологию, в которой лазеры работают не от света, а от звука. Это может показаться фантастикой, но команда физиков приблизилась к тому, чтобы воплотить это в реальность. Результаты исследования способны совершить прорыв в различных областях, от исследования океана до медицинской визуализации. Результаты исследования опубликованы в журнале eLight.

Фото из открытых источников

Обычные лазеры, которые существуют с 1960-х годов, генерируют узкий луч света с синхронизированными световыми волнами. Однако звуковые волны также можно использовать для создания аналогичного эффекта. Манипулируя фононами, квантовыми частицами, из которых состоят звуковые волны, ученые могут создать лазер на основе звука.

Фононы похожи на фотоны, частицы, из которых состоят световые волны. Они возникают в результате коллективного движения квадриллионов атомов, подобно тому, как волна на стадионе создается движением тысяч отдельных зрителей. Когда мы слушаем музыку, мы, по сути, слышим поток этих крошечных квантовых частиц.

Ученые использовали микроскопическую сферу из диоксида кремния (SiO2), подвешенную в воздухе с помощью световых лучей. Это заставляло сферу вибрировать, производя внутренний звук, похожий на очень высокочастотный сигнал, неслышимый человеческим ухом.

Затем команда приложила переменное электрическое поле к вибрирующей сфере, вызывая резонанс и усиливая звуковые волны в тысячу раз. Это привело к значительному усилению фононных гармоник, увеличению их яркости на три порядка величины и сужению ширины их линий на пять порядков.

Хотя эксперимент проводился в вакууме для лучшего измерения звуковых волн, это исследование знаменует собой значительный шаг к созданию звуковых лазеров, которые можно использовать для широкого спектра целей. К ним относятся:

• Исследование океана: Звуковые лазеры могут быть использованы для изучения и картографирования океанского дна, предоставляя ценную информацию о морских экосистемах и геологических процессах.
• Медицинская визуализация: Технология может быть разработана для применения в медицинской визуализации, такой как ультразвуковая диагностика, обеспечивая более высокое разрешение и более точные результаты.
• Частотные гребенки: Лазеры на основе звука могут быть использованы для создания частотных гребенок, которые необходимы для прецизионной спектроскопии и оптических систем связи.

Как заключает команда, «это исследование является ключевым шагом на пути к освоению и использованию нелинейных фононных лазеров для таких приложений, как фононные частотные гребенки, широкополосные фононные датчики и ультразвуковая биомедицинская диагностика».