Lasery mogą przetopić stal, ale to lustro jest dla nich barierą nie do pokonania

Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda postanowili wykorzystać diament do stworzenia lustra zdolnego do odbijania promieni laserów topiących stal w mgnieniu oka.

Lasery stosuje się w wielu dziedzinach, między innymi do przetapiania elementów, wykonywania pomiarów czy prowadzenia komunikacji. Oczywiście ich przeznaczenie zależy od tego, jaką mocą dysponujemy. W tym przypadku, jeśli chcielibyśmy uporać się z lustrem prosto z Harvardu, musiałaby ona być naprawdę ogromna.

Zwierciadła używane do sterowania wiązkami laserów są zbudowane z cienkich warstw materiałów o różnych właściwościach optycznych. Gdy nawet taka pojedyncza warstwa dozna defektu, to laser nie odbije się od lustra, lecz zniszczy je, marnując cały wcześniejszy wysiłek. Gdyby więc użyć jednego materiału zamiast kilku różnych, to pojawiłaby się możliwość redukcji zagrożenia występowaniem defektów.

Mikroskopijne defekty sporym problemem

W tym celu członkowie zespołu postanowili wykorzystać najnowocześniejsze techniki wytrawiania, które pierwotnie opracowano do rzeźbienia miniaturowych struktur w diamentach. Jak do tej pory metody te były wykorzystywane w optyce kwantowej i komunikacji. O efektach uzyskanych przez inżynierów związanych z tym projektem możemy poczytać na łamach Nature Communications.

Wytrawianie nanoskalowych struktur przebiegało z użyciem wiązki jonów. Powstałe w ten sposób struktury nadają lustru jego odblaskowych właściwości. Za punktu krytyczny, w którym stopień odbijania nie zaburza trwałości zwierciadła, uznano 98,9 procent refleksyjności. Jak dodaje Neil Sinclair, jeden z członków zespołu, współczynnik odbicia mógłby wynieść nawet 99,999 procent, ale w takim przypadku konieczne byłoby zastosowanie 10-20 warstw. W przypadku laserów o niskiej mocy nie byłoby to problemem, lecz jej zwiększenie dostarczyłoby znacznych trudności.

Próba generalna lustra odbyła się po tym, jak naprzeciwko niego umieszczony został laser używany przez Marynarkę Wojenną Stanów Zjednoczonych. Zdolny do przetapiania stali, nie podołał w starciu z nowym zwierciadłem. 10-kilowatowy laser został zogniskowany na 750-mikronowej plamce na diamencie o wymiarach wynoszących 3 na 3 milimetry. Ilość energii skupionej na niewielkim punkcie była więc ogromna, a i tak nie pojawiły się żadne uszkodzenia. 

Jak wykorzystać tę technologię?

Oczywiście pojawia się pytanie, w jaki sposób taka technologia mogłaby być używana w komercyjny sposób. Jednym z zastosowań mogłoby być wykorzystywanie na przykład w produkcji półprzewodników, do prowadzenia komunikacji w przestrzeni kosmicznej a nawet w sferze militarnej.  Marko Loncar, również zaangażowany w projekt, podkreśla, że metoda opisana przez jego zespół ma potencjał, aby ulepszyć lub stworzyć nowe zastosowania laserów o dużej mocy.