Çoğu lazerde sadece bir renk vardır. Yaydığı tüm fotonlar tam olarak aynı dalga boyuna sahiptir. Bununla birlikte, daha karmaşık ışıklara sahip olan lazerler de vardır. Bir tarak dişinde olduğu gibi, eşit aralıklarla, birçok farklı frekanstan oluşursa, “frekans tarağı” olarak adlandırılır. Frekans tarakları çeşitli kimyasal maddeleri tespit etmek için mükemmeldir.
TU Wien (Viyana) ‘da, bu özel tip lazer ışığı şimdi küçük alanlarda (bir milimetrelik) format kimya laboratuvarında kimyasal analiz sağlamak için kullanılmaktadır. Bu yeni teknoloji ile, frekans tarakları tek bir çip üzerinde çok basit ve sağlam bir şekilde oluşturulabilir.
Nobel Ödülüne Sahip Bir Tarak
Frekans tarakları yıllardır aramızda. 2005 yılında, bunun için Nobel Fizik Ödülü verildi. Araştırma projesinin başında yer alan Benedikt Schwarz; “Onlar hakkında heyecan verici olan şey, iki frekans tarak ile bir spektrometre inşa etmek nispeten kolaydır. Benzer frekanslı iki farklı tonu dinlerseniz, akustikte meydana gelenlere benzer şekilde farklı frekanslar arasındaki vuruşlardan faydalanabilirsiniz. Bu yeni yöntemi kullanıyoruz, çünkü herhangi bir hareketli parça gerektirmiyor ve bir milimetre ölçeğinde minyatür kimya laboratuvarı geliştirmemize izin veriyor.”
Viyana Teknoloji Üniversitesi’nde, kuantum kaskat lazerlerle frekans tarakları üretilmektedir. Bu özel lazerler, birçok farklı katmandan oluşan yarı iletken yapılardır. Elektrik akımı yapıya gönderildiğinde, lazer kızılötesi aralıkta ışık yayar. Işığın özellikleri, katman yapısının geometrisini ayarlayarak kontrol edilebilir.
Johannes Hillbrand; “Belirli bir frekansın elektriksel sinyalinin yardımıyla, kuantum kaskat lazerlerimizi kontrol edebilir ve bir araya getirilmiş olan bir dizi ışık frekansını yaymalarını sağlayabiliriz. Bu fenomen sallanan bir çerçeve üzerindeki salınımları anımsatır; bireysel salınımları itmek yerine yapı iskelesi doğru frekansta sallanırken, tüm dalgalanmaların belirli bağlanmış modellerde salınmasına neden olmaktadır.”
Benedikt Schwarz; “Teknolojimizin en büyük avantajı frekans tarağının sağlamlığıdır. Bu teknik olmadan, lazerler laboratuvar dışında kaçınılmaz olan rahatsızlıklara karşı çok hassastır; sıcaklık dalgalanmaları veya ışığın bir kısmını lazere geri gönderen yansımalar gibi. Teknolojimiz çok az çaba ile gerçekleştirilebilir ve bu nedenle zorlu ortamlarda bile pratik uygulamalar için mükemmeldir. Temel olarak, ihtiyaç duyduğumuz bileşenler her cep telefonunda bulunabilir.”
Moleküler Parmak İzi
Kuantum kaskat lazerin kızılötesi aralıkta bir frekans tarağı oluşturması hayati önem taşır, çünkü en önemli moleküllerin çoğu en iyi şekilde bu frekans aralığındaki ışık ile tespit edilebilir.
Johannes Muhtermark; “Tıbbi tanıda önemli rol oynayan çeşitli hava kirleticileri, aynı zamanda biyomoleküller, çok spesifik kızılötesi ışık frekanslarını absorbe eder. Bu genellikle molekülün optik parmak izi olarak adlandırılır. Öyleyse, hangi kızılötesi frekansların bir gaz numunesi tarafından emildiğini ölçtüğümüzde, hangi maddeleri içerdiğini tam olarak söyleyebiliriz.”
Benedikt Schwarz; “Sağlamlığı nedeniyle, sistemimiz diğer tüm frekans taraması teknolojilerine göre belirleyici avantajlara sahiptir: Kolayca minyatürleştirilebilir. Bu nedenle lens sistemlerine, hareketli parçalara ve optik izolatörlere ihtiyaç duymuyoruz çünkü gerekli yapılar minik. Tüm ölçüm sistemi bir çip üzerinde milimetre boyutlarında barındırılabilir.”
Böylece, muhteşem uygulama fikri orataya çıkar: Örneğin çip bir drone’ya yerleştirebilir ve hava kirleticilerini ölçebilir. Duvara yapıştırılmış çipler, binalarda patlayıcı maddelerin izlerini araştırabilir. Çipler, solunan havadaki kimyasalları analiz ederek hastalıkları tespit etmek için tıbbi ekipmanlarda kullanılabilir.
Benedikt Schwarz; “Diğer araştırma ekipleri de sistemimize büyük çapta ilgi gösteriyor. Yakında sadece akademik araştırmalarda değil, günlük uygulamalarda da kullanılacağını umuyoruz.”
