יצירה ושליטה על אלומות לייזר מאיצות (Airy Beams) בעזרת גבישים פוטוניים לא ליניאריים

השיטה שחשפו חוקרים באוני' ת”א ב-Nature Photonics מאפשרת לייצר אלומות מאיצות בתדרים חדשים וכן לשלוט בתכונות שלהן כגון קצב ההאצה או עוצמת האלומה

בעבודה שהתפרסמה בגיליון האחרון של Nature Photonics, דיווחה קבוצת חוקרים מהמחלקה לאלקטרוניקה פיזיקלית באוניברסיטת תל-אביב (הדוקטורנטים טל אלנבוגן, נועה וולך-בלוך, איילת גנני פדוביץ ופרופ' עדי אריה) על פיתוח שיטה חדשה ליצירת אלומות Airy מאיצות ולשליטה בהם באמצעות אור. השיטה מבוססת על המרה לא ליניארית* של האור באמצעות גביש פוטוני לא ליניארי מיוחד אשר תוכנן ויוצר לשם כך. אזורים שונים בגביש מגיבים באופן שונה לאלומה הפוגעת, כך שהתוצאה המתקבלת מהקרנת אלומה רגילה יוצרת אלומת Airy מאיצה. השיטה מאפשרת לייצר אלומות מאיצות בתדרים חדשים וכן לשלוט בתכונות שלהן כגון קצב ההאצה או עוצמת האלומה, בצורה אופטית טהורה על ידי שינוי מאפיינים של אלומת אור אחרת. סכמה של הניסוי מוצגת באיור.

מקובל להניח כי אלומות אור מתקדמות באוויר בקווים ישרים. ואולם ב 2007 הראו מדענים מאוניברסיטת מרכז-פלורידה כי קיימת אלומה אשר שיא העוצמה שלה נע במסלול פרבולי, בדומה לתנועת בליסטית של עצם הנזרק אופקית. אלומה זו נקראת אלומת Airy מאיצה, באנלוגיה לתאוצת העצם הנמשך לקרקע. פונקצית Airy המתארת את התפלגות העוצמה של האלומה היא פונקציה בעלת מספר אינסופי של אונות הדועכות ככל שמתרחקים מהראשית. האונה הראשונה מגדירה את שיא העוצמה של האלומה.

לאחרונה התפרסם מחקר המראה שימוש ב Airy Beams על מנת לשלוט ולנתב חלקיקים ננו-מטריים בנתיבים עקומים. שליטה זאת מתאפשרת על ידי לחץ הקרינה של האור, הלוכד את החלקיק ומאלץ אותו לנוע על גבי המסלול של הקרן. היכולת לאלץ חלקיקים קטנים לנוע במסלולים עקומים ולשלוט עליהם פותחת דלת ליישומים חדשים בביולוגיה. במחקר אחר, שהתפרסם לאחרונה בעיתון היוקרתי Science הראו מדענים מארה”ב שניתן להשתמש בקרן Airy בעלת עוצמה חזקה במיוחד כדי ליינן את האוויר וליצור ערוץ פלאסמה מוליך הנע במסלול עקום. על ידי כיוון נכון של ערוצים כאלו לתוך ענני ברקים ניתן יהיה לפרוק אותם באופן נשלט ובבטחה לפני שהם מתפרקים באופן אקראי, ובכך למנוע נזקי סופות ברקים.

* הארת אור בעוצמה חזקה על חומרים מסוימים בתדר אחד גורמת ליצירת אור בתדר אחר. כדוגמא הארת החומר באור אדום יכולה לגרום ליצירת אור כחול הנפלט מהחומר.