Chế tạo thành công ‘phản laser’

Hình ảnh này thể hiện hai chùm laser truyền ngược chiều nhau đang chiếu tới một máy hấp thụ kết hợp hoàn hảo (CPA) hay “laser nghịch đảo thời gian” chế tạo bằng silicon. Ảnh: Science/AAAS

Một nhóm nhà nghiên cứu tại trường Đại học Yale ở Mĩ vừa chế tạo thành công một “phản laser” hấp thụ hầu như hoàn toàn những chùm ánh sáng kết hợp rọi tới. Phát minh xây dựng trên cơ sở một nghiên cứu lí thuyết công bố hồi mùa hè năm ngoái, trong đó Douglas Stone và các đồng nghiệp Yale của ông khẳng định rằng một hệ như vậy là có thể triển khai trogn một dụng cụ mà họ gọi là máy hấp thụ kết hợp hoàn hảo (CPA). Thay vì phát ra những chùm ánh sáng kết hợp với một laser, các dụng cụ trên hấp thụ ánh sáng kết hợp và biến nó thành nhiệt hoặc thành điện.

Nay, vừa mới nhập đội với các nhà vật lí thực nghiệm tại Yale, Stone vừa chế tạo ra một phiên bản của dụng cụ trên dụng cụ tạo ra một “bẫy giao thoa” bên trong một bánh xốp silicon. Hai chùm tia laser – được tách ra từ một chùm ban đầu – được chiếu lên hai phía đối diện của miếng bánh xốp và bước sóng của chúng hòa trộn tạo nên hình ảnh vân giao thoa. Với phương thức này, sóng ánh sáng bị nhốt vô hạn định, phản xạ tới lui bên trong bánh xốp, với 99,4% của hai chùm tia bị biến đổi thành nhiệt.

Nhóm nghiên cứu cho biết chẳng có nguyên cớ gì mà 100% ánh sáng không thể bị hấp thụ, nếu sử dụng kĩ thuật trên. Các nhà nghiên cứu còn đoan chắc rằng kích cỡ hiện nay của dụng cụ, đường kính 1 cm, có thể giảm xuống chỉ còn 6 µm. “Thật bất ngờ là khả năng của quá trình ‘nghịch đảo thời gian’ của sự phát laser lại chưa được xem xét nghiêm túc hoặc nghiên cứu trước đây”, Stone nói.

Trong phản laser, sóng ánh sáng tới bị bắt giữ bên trong hộp cộng hưởng, trong đó chúng phản xạ tới lui cho đến khi chúng bị hấp thụ hầu như hoàn toàn. Năng lượng của chúng bị tiêu tán thành nhiệt. Ảnh: Yidong Chong/Yale University

Tập trung vào các ứng dụng

Nhóm của Stone tin rằng “phản laser” của họ có thể có nhiều ứng dụng hấp dẫn. Trong số này có những bộ lọc dùng cho các bộ cảm biến xây dựng trên nền laser ở tần số terahertz dùng để khử các tác nhân sinh học hay độc chất, chúng đòi hỏi phải phát hiện ra một tín hiệu laser tán xạ ngược nhỏ trên một nền nhiễu nhiệt rộng lớn.

Một ý tưởng nữa là sử dụng dụng cụ trên làm một loại lá chắn trong các ứng dụng y khoa để cho phép các nhà phẫu thuật chiếu các chùm laser vào những mô sinh vật không mong muốn, như các khối u, với độ chính xác cao hơn. “Với kĩ thuật của chúng tôi, một bộ ánh sáng tới được thao tác kĩ thuật thích hợp có thể xâm nhập sâu vào một môi trường như vậy và chỉ bị hấp thụ tại trung tâm, cho phép phân phối năng lượng đến một vùng đặc biệt nào đó”, Stone giải thích.

Nhóm nghiên cứu cũng cho rằng bằng cách thêm một chùm “điều khiển” nữa, người ta có thể điều khiển dụng cụ trên hoạt động bập bênh giữa sự hấp thụ gần như hoàn toàn và hấp thụ 1%. Tính chất này có thể cho phép các dụng cụ đảm đương chức năng như công tắc quang học, bộ điều biến, và máy dò trong các mạch quang tích hợp bán dẫn.

Tuy nhiên, một hạn chế của những dụng cụ như vậy là chúng sẽ chỉ hoạt động ở những bước sóng nhất định, nghĩa là công nghệ trên sẽ không hữu ích cho lắm đối với các tế bào quang điện hoặc các dụng cụ tàng hình.

Kết quả được công bố hôm nay trên tạp chí Science.

Nguồn: James Dacey – physicsworld.com