אור

 

בתהליך הפיתוח של מטול קרני לייזר יש להתחשב בשתי תכונות מרכזיות של הקרן המבוקשת: עוצמה ואיכות. קרן בעלת איכות גבוהה יכולה להתמקד - כמו פגיון - בנקודות קטנות ומדויקות. קרן בעלת איכות נמוכה מתאפיינת, לעומת זאת, בפיזור רב יותר, שגורם לכך שהיא פועלת כמעין סכין קהה. עד לאחרונה אי-אפשר היה לשלב את שתי התכונות האלה של קרני לייזר באופן פשוט. אפשר היה ליצור קרן חזקה אבל קהה - או קרן חלשה אבל חדה. מדענים רבים קיבלו את מצב העניינים הזה כעובדת חיים שיש ללמוד לחיות עמה. אבל צוות של מדענים ממכון ויצמן למדע סבר, שאם עובדות החיים אינן מתאימות לצרכיך, אתה יכול - וצריך - להעלות שאלות שיעלו אותך על הדרך לשינוי העובדות. והם שאלו: מה יקרה אם נשלב כמה לייזרים חלשים? האם הקרן המשולבת תהיה חזקה ובעלת איכות טובה בעת ובעונה אחת? והאם היא תקיים תכונות אלה לאורך זמן? השאלות האלה הובילו את פרופ' אשר פריזם, פרופ' ניר דודזון, ותלמידי המחקר עמיאל ישעיה, ורדית אקהויז ולירן שמשי מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות לשילוב של 16 קרני לייזר חלשות וליצירת קרן אחת, חזקה ובעלת איכות גבוהה. מאמר המתאר את המחקר הזה התפרסם באחרונה בכתב העת המדעי Optics Letters.

 

שילוב יעיל של קרני לייזר אפשרי רק כאשר קרני הלייזר המיועדות לשילוב הן בעלות תכונות קוהרנטיות, כלומר, שכל מאפייניהן זהים לחלוטין. כמו כן, גלי האור השונים חייבים להתמקם זה ליד זה בהתאמה מושלמת. רק כאשר שני התנאים האלה מתקיימים, נוצרת "קרן-על" חזקה המשמרת את תכונות האיכות הגבוהה של הקרניים שמרכיבות אותה. קל, יחסית, להקליד את המילים והמשפטים האלה, אבל הרבה יותר קשה להכיל בכפיפה אחת את שני התנאים האלה. כל הפרעה זעירה עלולה להזיז את הקרניים כך שלא תהיה ביניהן התאמה מלאה.

 

כדי להתגבר על הקושי הזה פיתחו המדענים מתקן שמאפשר מעין "ברירה טבעית" של קרני לייזר אשר עונות על דרישות השילוב, ופוסל את אלה שאינן עונות על הדרישות האלה. במתקן נוצרות 16 קרני אור, הטסות, כמעין חיצים, אל התקן אופטי מיוחד שפיתחו המדענים. אבל, רק אם הן עונות במדויק על דרישות ההתאמה הקוהרנטית, הן עוברות לצדו האחר ללא הפסדים, שם הן צוברות עוצמה. הקרניים שאינן עומדות בדרישות הקוהרנטיות סובלות מהפסדים חזקים במעבר דרך האלמנט. "זה פועל כמעט כמו קסם", אומר פרופ' דודזון, "כאילו שלקרני הלייזר יש אישיות והן יכולות להחליט בעצמן כיצד לנהוג. הן 'מחליטות' להתאים את עצמן זו לזו, מכיוון שהן 'יודעות' שאם לא יעשו כן, הן 'ינודו' ולא יוכלו להמשיך בדרכן. למעשה, הן מסוגלות להמשיך ולהתאים את עצמן במהירות רבה גם בתנאי חוסר יציבות. לכן, התוצאה הסופית המתקבלת היא קרן יציבה, בעלת עוצמה רבה, חדה וממוקדת".

 

קרני לייזר כבר שולבו בעבר, במקומות שונים בעולם, אבל התוצאה שהשיגו מדעני המכון טובה במידה משמעותית מתוצאות אחרות שהתקבלו עד כה. למשל, בשיטות השילוב הקודמות אפשר היה לשלב באופן קוהרנטי מספר מוגבל של קרני לייזר. בשיטת השילוב החדשה אין, באופן תיאורטי, גבול למספר הקרניים המשתלבות - דבר שמאפשר ליצור קרן משולבת חדה מאוד ובעלת עוצמה רבה מאוד. הקרן הנוצרת בשיטה זו היא גם יציבה יותר - תכונה חשובה ליישומים מעשיים שעשויים להיות, בין היתר, במתקני מכ"ם, תקשורת אופטית, טכנולוגיות חלל, עיבוד חומרים, וטיפולי לייזר רפואיים שונים.