انقلاب لیزر کماکان ادامه دارد
سخن می‌گوید.
50 سال پیش عصر لیزر آغاز شد، دورانی که تحولاتش هم‌سنگ عصر فضا سنجیده میشود. امروزه بیش از نیمی از محصولات تجاری در کشورهای مختلف جهان به گونه‌ای با این فناوری در ارتباطند.
در 16 می 1960 / 26 اردیبهشت 1339، تئودور مایمن موفق شد اولین تابش‌های لیزر را در آزمایشگاه هیوز تولید کند، تعداد کمی بودند که می‌توانستند تاثیرات جدی این ابزار را روی ارتباطات، تولیدات تجاری، پزشکی و هنر تصور کنند.
پیشروترین
آنها چارلز تاونز (Charles Townes) بود که با تلاش‌ها و مطالعاتش و بخصوص
با آزمایش بر روی تقویت نور به واسطه گسیل القایی تابش یا میزر زمینه مناسب
برای ظهور لیزرهای نوری را فراهم آورد. در واقع وی به همراه چند تن دیگر
قبل از مایمن نظریه ساخته شدن لیزر را ارائه کرده بود. تحقیقات تاونز در
سال 1964 / 1343برای وی نوبل فیزیک را به ارمغان آورد.
تاونز که 94 سال از عمرش می‌گذرد، همچنان یکی از دانشمندان فعال در دانشگاه کالیفرنیا-برکلی محسوب میشود و به مطالعه درباره اخترشناسی می‌پردازد. وی در گفتگو با ان.بی.سی از نیم قرن پیش و دوران تولد لیزر سخن گفته و دیدگاهش را در مورد آینده فناوری لیزر بیان کرده است. این گفتگ را به نقل از خبرگزاری مهر بخوانید.
آیا50 سال پیش هم می‌دانستی فناوری لیزر به چنین تحول تاثیرگذار
و پر اهمیتی تبدیل میشود یا مانند بقیه فکر می‌کردی لیزر، راه‌حلی است که
باید صورت‌مساله‌اش را پید اکرد؟
من می‌دانستم لیزر بسیار پر
اهمیت است. موارد زیادی بود که لیزر می‌توانست برای آنها کاربردی باشد.
برخی از مردم می‌گفتند: لیزر راه‌حلی است که به دنبال مساله می‌گردد. در
واقع زمانی که داشتیم بر روی میزر کار می‌کردیم تا بتوانیم آن را فعال
کنیم، هیچ کس به آن علاقه و توجهی نشان نمی‌داد. به محض اینکه میزر
عملیاتی شد، مورد توجه همه قرار گرفت و کاربردهای زیادی برای آن کشف شد.
برای مدتی
هیچ‌کس تصور نمی‌کرد بتوان میزر را به امواج نوری تبدیل کرد و این همان
کاری بود که من قصد انجامش را داشتم. ایده اولیه من دستیابی به امواج
کوتاه بود. پس از چند سال مطالعه بر روی میزر و با وجود تمامی شگفتی‌هایی
که در مورد آن وجود داشت، تصمیم گرفتم آن را به امواج نوری تبدیل کنم.
راه‌های متعددی را برای انجام این کار مطرح کردم و مطلبی درباره چگونگی
ساخته شدن لیزر نوشتم. من می‌توانستم بسیاری از کاربردها را برای آن
پیش‌بینی کنم، اما خیلی‌ها درباره این کاربردها تردید داشتند.
از میان کاربردهایی که در آن زمان برای لیزر تصور می‌کردی، چیزی
باقی مانده که تا به امروز اجرا نشده باشد؟
نه چیزی به نظرم
نمی‌آید. در واقع بسیاری از کاربردهایی که اکنون برای لیزر تعریف شده، در
آن زمان به هیچ وجه به ذهن من نرسیده بود. برای مثال من استفاده پزشکی از
لیزر را تصور نکرده بودم، در حالی که امروزه کاربردهای پزشکی لیزر بسیار
گسترده‌اند. آن‌چه من تصور کرده بودم، ارتباطات، برش، جوشکاری و سوزاندن با
استفاده از لیزر و بسیاری از دیگر کاربردهای علمی بود. در حدود 10 تا 12
جایزه نوبل تحت تاثیر وجود لیزر یا میزر و امکان استفاده از آنها در
مطالعات علمی به افراد مختلف اهدا شده است. لیزر تاکنون دستاوردهای علمی
بسیار خوبی داشته و اکنون همه از اهمیت آن در کاربردهای صنعتی آگاهی دارند.
امروز لیزر واقعا یک تجارت بزرگ است.
یک ضرب‌المثل قدیمی می‌گوید «موفقیت چندین صاحب دارد» و به طور
حتم، افراد زیادی در ساخت و تکمیل لیزر نقش داشته‌اند. آیا درباره ابداع
لیزر نیز چنین شرایطی وجود دارد؟
قطعا وجود دارد. همه
می‌خواهند بخشی از اعتبار این ابداع را به خود نسبت دهند. در واقع ایده
اولیه میزر بود که در آن زمان کسی چندان توجهی به آن نداشت. تنها کسانی که
نسبت به این موضوع علاقمند بودند، باسوف و پروخروف روسی بودند که به همراه
من جایزه نوبل را دریافت کردند. آنها در روسیه به صورت موازی در حال
مطالعه بر روی این پدیده بودند. من در آن زمان از این موضوع آگاه نبودم و
فکر نمی‌کنم آنها نیز از مطالعات من اطلاعاتی در دست داشتند. در واقع در
آن زمان تنها دو گروه در سرتاسر جهان مشغول مطالعه بر روی لیزر بودند.
پس
از ابداع میزر، این حوزه مطالعاتی به میدانی هیجان‌انگیز تبدیل شد، اما
باز هیچ کس تصور تبدیل آن را به امواج کوتاه نوری نداشت. پس از اینکه
"آرتور شاولو" و من مقاله‌ای در زمینه چگونگی دستیابی به امواج با طول‌موج
کوتاه نوشتیم، همه خود را وارد این مطالعات کردند و در آن زمان بود که
لیزرهای متعدد و متفاوتی ساخته شد. همه این لیزرها در زمینه‌های صنعتی
ساخته شدند. من می‌دانستم در صورتی که نشان دهم ساخت لیزر عملی است،
رقابت‌های زیادی برای ساخت آن آغاز خواهد شد. به همین دلیل به جای ساخت
لیزر، فرضیه‌ام را درباره ساخت لیزرها در قالب مقاله‌ای منتشر کردم؛ زیرا
باور داشتم دیگران مرا شکست خواهند داد و واقعا نیز من را شکست دادند.
آیا برای دستیابی به نوآوری‌های آینده در این رویداد درسی
نهفته است؟ دیگران همیشه درباره چگونگی یافتن راه حل‌هایی برای انرژی و
ارتباطات در آینده سخن گفته‌اند...
خوب می‌توانم به آن زمان
اشاره کنم که مطالعات من تحت حمایت نیروی دریایی قرار داشت. من در حال
مطالعه بر روی طیف‌نمایی بودم و بسیاری از افراد در مورد نیاز حمایت نیروی
دریایی از این فناوری بحث‌ها و سئوالاتی را مطرح می‌کردند. در نهایت این
مطالعات حاصل بسیار خوبی از خود به جا گذاشت. همه مطالعات نتیجه مفیدی در
بر ندارند، اما هر چند وقت یک‌بار مطالعه یا تحقیقی به نتیجه خواهد رسید.
پیش‌بینی
کردن نتیجه مطالعات سخت است. زمانی که من در حال ساختن میزر بودم، رئیسم
می‌گفت: «کار بیهوده‌ای انجام می‌دهی و باید آن را متوقف کنی؛ چون تنها
داری پول هدر می‌دهی!»
هیچ‌کس با من رقابت نمی‌کرد. آنها گمان
نمی‌بردند آن‌چه من در حال مطالعه بر روی آن بودم، بتواند کار ویژه‌ای
انجام دهد. اما زمانی که تکمیل شد، ناگهان همه در مورد آن به هیجان آمدند.
پدیده‌های
نو همیشه نو و تازه هستند. مردم نمی‌توانند به خوبی پدیده‌های جدید را
تصور کنند. به همین دلیل برای رسیدن به موارد تازه‌تر باید روشنفکرتر
باشیم. ما باید روشنفکر باشیم و اکتشاف کنیم و این روند است که در طولانی
مدت نتیجه خواهد داد. همه مطالعات حاصلی ندارند، اما بخشی از آنها عملی
می‌شوند و زمانی که عملی شوند، می‌توانید کارهای خارق‌العاده‌ای را با کمک
آن انجام دهید.
این احساس را داری که انقلاب لیزر دوره خود را سپری کرده است؟
نه،
لیزر همچنان در حال توسعه و تکمیل است و برای سال‌ها و سال‌ها به این
توسعه ادامه خواهد داد.
روند توسعه لیزر را طی چند سال آینده چطور می‌بینی؟
شاید
طی چند سال آینده بتوانیم به لیزرهای پرتوی ایکس دست پیدا کنیم. در حال
حاضر این پرتوها وجود دارند، اما از کارایی و تاثیرگذاری زیادی برخوردار
نیستند. شاید بتوانیم به نمونه‌های بهتری از آن دست پیدا کنیم. ما قادر
خواهیم بود به انرژی‌های بالاتر و دقت بیشتری دست پیدا کنیم و در عین حال
کاربردهای متنوعی برای لیزر تعریف خواهند شد که آینده آنها را به انسان‌ها
نشان خواهد داد.
لیزرهای پرتوی ایکس چه نوع کاربردهایی را به وجود خواهند آورد؟
فکرش
را بکنید اگر می‌شد برای انجام فعالیت‌های پزشکی مرتبط با پرتوی ایکس به
لیزر پرتوی ایکس دسترسی داشت. لیزری که از دقت تمرکز بسیار بالایی برخوردار
بوده و می‌تواند تنها بخشی از بدن را که پزشک می‌خواهد، تحت تاثیر خود
قرار دهد.
چنین کاربردی برای تشخیص خواهد بود یا برای درمان؟
هر
دو. هم‌چنین پرتوهای ایکس می‌توانند از اجسامی عبور کنند که نور توانایی
عبور از آنها را ندارد. می‌توان از لیزرهای پرتوی ایکس برای نفوذ به داخل
مواد و تمرکز بر روی نقاط خاصی از بخش‌های داخلی مواد به منظور سوزاندن،
جوشکاری کردن و یا حتی بریدن بخش‌های داخلی از ماده ای بدون آسیب وارد کردن
به بخش‌های خارجی آن استفاده کرد.
چطور می‌توان چنین کاری کرد؟
با متمرکز کردن
پرتوهای ایکس بر روی نقطه‌ای از بخش داخلی یک ماده. به این شکل پرتوهایی که
بر روی سطح قرار دارند، بسیار ضعیف خواهند بود و تمام قدرت خود را بر روی
نقطه درونی متمرکز می‌کنند.
آیا مورد قابل اشاره‌ای درباره نسل کنونی تحقیقات لیزری وجود
دارد؟ آیا عملکرد علم تغییری کرده است؟
لیزر تاکنون علومی جدید
و عالی را تولید کرده است. لیزرها پایین‌ترین و بالاترین حرارت ممکن را به
وجود آورده‌اند و احتمالا از پروژه بزرگ گداخت هسته‌ای، ان.آی.اف که با
استفاده از لیزر انجام خواهد گرفت خبر دارید. در این پروژه با استفاده از
پرتوهای لیزر، میلیاردها وات انرژی منتقل میشود و این بیشترین متمرکزسازی
انرژی خواهد بود که تاکنون انجام گرفته است.
انسان‌ها از گذشته در تلاش برای دستیابی به رویای انرژی گداخت
هسته‌ای بوده‌اند، اما آیا فکر می‌کنی انسان اکنون در حال نزدیک شدن به این
هدف رویایی است؟
به نظر من لیزر می‌تواند این انرژی را به
وجود آورد، اما اینکه آیا این انرژی به منبعی تجاری از انرژی تبدیل خواهد
شد یا نه، سئوال دیگری است.
مطمئن هستم خیلی‌ها کنجکاوند که راز سالم بودنت را در سن 94
سالگی بدانند. در این زمینه چه داری که بگویی؟
خوب باید بگویم
من در تمامی طول عمرم تقریبا هرگز کار نکرده‌ام! تنها با انجام تحقیقاتم
لحظات خوشی را سپری کرده‌ام. من کار نمی‌کنم و افرادی هستند که به دلایلی
برای کار نکردن به من پول می‌دهند. این سرگرمی بسیار خوبی است.
سیم‌بکسل‌های لیزری!
با انباشته شدن مدار زمین از ماهواره‌های از کار افتاده ، راکت‌های شتاب‌دهنده رها شده و دیگر زباله‌های فضایی ، پیدا کردن روشی برای پیشگیری از تراکم این زباله‌های فضایی بسیار مهم به نظر می‌رسد.
به گزارش نیوساینتیست، مهندس سفرهای فضایی، جان سینکو از دانشگاه ناگویا در ژاپن پیشنهاد استفاده از پرتوهای لیزر را به‌شکل سیم‌بکسل برای انتقال زباله‌های فضایی آینده ارایه داده است. تِرَکتِر- بیم یا پرتوهای انتقال‌دهنده به پرتوهایی از انرژی گفته میشود که می‌تواند از فاصله دور، یک شیء را به سمت خود بکشد.
ایده سینکو بر اساس طرحی آزمایشی از موتور فضاپیما به نام پیشرانه لیزری ارایه شده است. داخل این موتورها، پالس‌های لیزری به داخل مواد انفجاری جامد شلیک می‌شوند و باعث آزاد شدن انرژی زیاد و حرکت فضاپیما در جهت مخالف میشود.
سینکو متوجه شد که الزاما نباید از این لیزرها در داخل همان فضاپیما استفاده کرد، بلکه می‌توان این موتورها را از راه دور و با استفاده از این لیزرها هدف قرار داد و به این ترتیب، طرح تِرَکتِر- بیم را اجرا کرد.
او یکی سری از پیشرانه‌های لیزری را که با این روش فعال می‌شوند، طراحی کرده است. یک فضاپیمای مجهز به لیزر، یک اشعه کم‌قدرت را به پیش‌رانه‌ای که روی یک فضاپیمای دیگر نصب شده ، شلیک می‌کند و می‌تواند آن را جذب، دفع یا به جهتی دیگر هدایت کند. حرکت دادن یک فضاپیما به سمت جلو کار ساده‌ای است، اما طراحی‌های پیچیده‌تری با استفاده از آینه‌ها نیاز است تا یک فضاپیما را به سمت عقب و مکان شلیک لیزر حرکت داد. (شکل را ببینید)
سینکو می‌گوید ترکیب این طرح‌ها می‌تواند اجازه کنترل کامل را در هر جهتی بدهد. او فضاپیماهایی را تصور می‌کند که قبل از پرتاب به پیشرانه‌هایی مجهز شده‌اند که از راه دور عمل می‌کند و بنابراین، می‌توان وقتی به انتهای زندگی خود رسیدند، مدارشان را تغییر داد و حتی آنها را به سمت زمین هدایت کرد تا به جو برخورد کنند و بسوزند. نکته جالب این است که این کار را می‌توان حتی در صورت تمام شدن تمام انرژی این فضاپیما انجام داد.
ترکتر- بیم را می‌توان تا فاصله چند صد کیلومتری نیز شلیک کرد ، حتی از فضاپیمایی که در مدار در حال گردش است و حتی با استفاده از آینه‌ای که پرتوی شلیک شده از سمت زمین را به سمت فضاپیما منعکس می‌کند.
ریچارد هولداوی مدیر علوم تکنولوژی‌های فضایی در آزمایشگاه راترفورد اپلتون در انگلستان در این باره گفت: این ایده بسیار جالب است و از لحاظ اصولی و منطقی نیز قابل اجراست.
سینکو امیدوار است که بتواند ایده خود را ظرف چند سال آینده روی یک ماهواره 10 کیلوگرمی آزمایش کند. البته او در پیاده سازی این فناوری تنها نیست، چرا که یک تیم از موسسه تحقیقاتی برای آزمایش تجهیزات و سیستم‌های پیچیده نور و الکترونیک در روسیه نیز در حال کار کردن روی ایده‌ای مشابه است.
برای نخستین بار در تاریخ، رنگین کمان به دام افتاد
دانشمندان دانشگاه توسان در بالتیمور با استفاده از یک عدسی ساده و صفحه‌ای 
شیشه‌ای، موفق شدند رنگین‌کمان را به دام بیاندازند و به یکی از آرزوهای دیرین انسان جامه عمل بپوشانند.
این تکنیک جدید که توسط ورا اسمولیانوا و همکارانش ابداع شده، ذخیره و نقل و انتقال اطلاعات را از طریق نور ساده‌تر خواهد کرد و شرایط را برای استفاده حداکثری از محاسبات و ارتباطات نوری فراهم خواهد نمود. فناوری نوری از فناوری‌های رایج فعلی در علوم ارتباطات رایانه‌ای و شبکه سریع‌تر است، اما دشواری فرآیند تبدیل نور به جریان الکتریکی و بالعکس، مهم‌ترین ویژگی منفی آن است.
در سال 2007 / 1386، اورتوین هس از دانشگاه ساری در انگلستان و همکارانش پیشنهاد دادند که پرتوهای نور را درون یک موج‌بر مخروطی به‌دام بیاندازند. این موج‌برها، ساختارهایی هستند که پرتوهای نور را در امتداد طول خود منتقل می‌کنند. برای ساخت این موج‌بر از متامتریال استفاده شده، موادی متشکل از مدارهای الکترونیکی که می‌تواند پرتوهای نور را با شیب‌های تند منحرف کند.
ایده اصلی کار، این است که با باریک‌تر شدن موج‌بر ، پرتوهای نور نیز درمقابل مجبور شوند در نقاطی بسیار باریک‌تر متوقف شوند. این کار باتوجه به یکی از ابتدایی‌ترین اصول امواج قابل انجام است: هیچ موجی نمی‌تواند از حفره‌ای کوچک‌تر از نصف طول‌موجش عبور کند.
رنگین‌کمان چیست؟
رنگین‌کمان یکی از زیباترین پدیده‌های جوی است که می‌توان در روزهای بارانی منتظر آن بود. این پدیده هنگامی روی می‌دهد که پرتوهای سفیدرنگ خورشید در ارتفاع بالا به ریزقطرات کروی‌شکل باران برخورد می‌کنند و با تجزیه به طیف‌های نور مریی (همان اتفاقی که در منشور روی می‌دهد) و بازتاب درون قطره، از آن خارج می‌شوند.
برای اینکه فردی بتواند رنگین‌کمان را ببیند، باید پشت به خورشید و رو به باران بایستد تا پرتوهای تجزیه‌شده و بازگشتی رنگین‌کمان را ببیند. در این حالت، فرد پرتوهایی در شش رنگ بنفش، آبی، سبز، زرد، نارنجی و قرمز را می‌بیند که با تقارن کروی به چشم او می‌رسند. چشم با امتداد دادن این پرتوها، کمان‌هایی شش رنگ را در آسمان تداعی می‌کند که همان رنگین‌کمان است.
البته معروف است که رنگین‌کمان 7 رنگ دارد، درحالی‌که این، اشتباهی تاریخی است. وقتی آیزاک نیوتن برای نخستین بار، پرتوهای خورشید را از درون منشور عبور داد و طیف تجزیه‌شده نور را بدست آورد، همین شش رنگ را دید؛ اما از آنجاکه در آن روزگار 7 عدد مقدسی بود، ترجیح داد رنگ نیلی را بین بنفش و آبی قرار دهد و با هفت رنگ ساختن طیف نور، توجه عمومی بیشتری را متوجه این پدیده سازد!
رنگین‌کمان وجود خارجی ندارد؛ یعنی شما نمی‌توانید رنگین‌کمانی را بگیرید، یا پرده‌ای برای نمایش آن برپا کنید، یا در محل آن فیلم عکاسی قرار دهید و اثرش را روی فیلم ثبت کنید. هر قدر تلاش کنید به رنگین کمان نزدیک شوید، رنگین‌کمان نیز به همان اندازه از شما دورتر میشود و همیشه در فاصله‌ای ثابت از شما باقی می‌ماند. به همین دلیل است که تاکنون کسی موفق نشده بود رنگین‌کمان را به دام بیاندازد.
و رنگین‌کمان به‌دام افتاد 
شبیه‌سازی‌های عددی نشان داد که چنین ایده‌ای حداقل روی کاغذ جواب می‌دهد، اما انجام آن توسط متامتریال‌ها به یک رویا تبدیل شده بود. اما از قرار معلوم، ورا اسمولیانوا از دانشگاه توسان در مریلند بالتیمور و همکارانش توانسته‌اند با استفاده از یک عدسی محدب، توانسته‌اند این موج‌بر مخروطی را بسازند و رنگین‌کمانی از نور را به‌دام بیاندازند.
آنها یکی از سطوح عدسی 4.5 میلی‌متری خود را با لایه‌ای 30 نانومتری از طلا پوشاندند و عدسی را از سطح طلادارش روی یک سطح شیشه‌ای صاف که آن‌نیز با لایه‌ای از طلا پوشانده شده بود، قرار دادند. بدین ترتیب، فضای بین عدسی و سطح شیشه‌ای، لایه‌ای از هوا بود که ضخامت آن در لبه‌ها (جایی که لبه دو عدسی روی هم قرار می‌گرفت) به صفر می‌رسید و می‌توانست کار موج‌بر مخروطی را انجام دهد.
وقتی لیزر چندطیفی را از انتهای باز این مجموعه به داخل تاباندند، منظره جالبی به وقوع پیوست. اسمولیانوا با میکروسکوپ از بالا به عدسی نگاه کرد و مجموعه‌ای از حلقه‌های رنگارنگ رنگین‌کمانی را درون آن دید، گویی رنگین‌کمانی داخل این قفس شیشه‌ای به دام افتاده است.
اسمولیانوا این پدیده را چنین توضیح می‌دهد: «پرتوهای سبز که طول‌موج کوتاه‌تری دارند، در نقطه‌ای به دام افتادند که موج‌بر بیش از اندازه برای عبور این پرتوها باریک شده بود. اما پرتوهای قرمز که طول‌موج بلندتری دارند، در فاصله‌ای دورتر به دام افتادند، جایی‌که ضخامت موج‌بر بسیار بیشتر بود. پرتوهای زرد و نارنجی هم بین این دو به دام افتاده بودند، چراکه طول‌موج آنها بین این دو مقدار است».