Wetenschappers ontwikkelen 'antilaser'

Onderzoekers van de Yale-universiteit hebben een apparaat ontwikkeld waarmee een laserbundel kan worden uitgedoofd. De 'antilaser' kan bovendien in silicium gebouwd worden, wat de toepasbaarheid in optische computers vergemakkelijkt.

De antilaser absorbeert het licht van een laser niet alleen, hij heeft een volledig omgekeerde werking ten opzichte van een conventionele laser. Daarin wordt licht opgewekt en wordt licht van een specifieke golflengte in een optische resonator versterkt en aan één kant van de 'optical cavity' doorgelaten. Dat resulteert in een coherente lichtbundel met een specifieke golflengte. De antilaser die door de wetenschappers van de Yale-universiteit werd ontwikkeld, kan die coherente bundel licht absorberen en de energie als warmte dissiperen.

De antilaser, door zijn ontdekker 'coherent perfect absorber' of CPA genoemd, bestaat net als een laser uit een optische resonator. Die wordt zodanig geproduceerd dat licht van een bepaalde golflengte wordt gevangen en net als bij een laser in de resonator heen en weer wordt gekaatst. Na verloop van tijd versterkt dit het licht echter niet, maar wordt de energie geabsorbeerd. De theoretische absorptie van de CPA zou 99,999 procent van het invallende licht bedragen. De CPA voor nabij-infraroodlicht die door de onderzoekers werd ontwikkeld, haalde een absorptie van 99,4 procent. Het prototype CPA van Yale is nog ongeveer een centimeter in doorsnede, maar dat zou verkleind kunnen worden tot zes micrometer.

De energie die wordt geabsorbeerd wordt als warmte gedissipeerd. Vooralsnog kan die warmte niet benut worden. Dat zou echter bij medische behandelmethodes anders zijn. Het principe van de CPA zou dan toegepast kunnen worden voor radiotherapie of als beeldvormingstechniek. Tevens zouden de antilasers toepassing kunnen vinden in optische computers; ze zouden als optische schakelaars of fotodetectors dienst kunnen doen.

Reacties (126)

Indien de geabsorbeerde energie uiteindelijk wel nuttig gebruikt kan gaan worden, wat nu volgens het artikel dus nog niet het geval is, biedt dit ook interesante mogelijkheden voor draadloos energie-transport met een relatief hoog rendement.

Indien de geabsorbeerde energie uiteindelijk wel nuttig gebruikt kan gaan worden, wat nu volgens het artikel dus nog niet het geval is, biedt dit ook interesante mogelijkheden voor draadloos energie-transport met een relatief hoog rendement.

Ik denk dat de nuttige toepassingen (afgezien van de Hollywood-science-fiction ideeën van de posts hierboven ) nog redelijk op zich zullen laten wachten en er behoorlijk veel mogelijkheid is voor onderzoek.

De vraag is bijvoorbeeld hoe zo'n 'anti-laser' precies werkt. Stop je er energie in? Komt de laserstraal een resonante cavity binnen waarna ie (in-cavity) met zichzelf weginterfereert? Of is er iets compleet anders aan de hand, waardoor we zelfs het quantummechanische gedrag van een foton in twijfel moeten gaan trekken?

Een mooi onderzoeksidee is bijvoorbeeld om te kijken of dit ook in twee richtingen werkt. Als je de energie-flow van die 'anti-laser' om zou draaien, komt er dan ook een 'anti-beam' uit (met omgekeerde coherentie, of iets dergelijks) die weer in een gewone laser wordt geabsorbeerd? Spreken we dan nog altijd van een lichtbundel in de traditionele zin (een stroom fotonen) of hebben we dan het anti-deeltje van een foton te pakken gekregen? En wat gebeurt er dan, als dat anti-deeltje opsplitst in materie en anti-materie? Precies hetzelfde als nu met 'klassieke' fotonen gebeurt, of iets totaal nieuws, zoals een negatieve massa?

Food for thought. De energiebalans van dit ding is negatief, en E is nog altijd gelijk aan m-c kwadraat. Dat kan alleen negatief worden als er iets uit kan komen met een negatieve massa.

Basic fysica: materie kan licht absorberen en omzetten naar warmte.
Dit materiaal zet laserlicht heel efficiënt om naar warmte (door het licht heen en weer te kaatsten en telkens wat te absorberen zoals gewoon in het artikel beschreven staat), dat is echt niet iets dat de fysica op zijn kop gaat zetten hoor en met kwantummechanica heeft het ook niet veel te maken.

En hoe kom je erbij dat er een negatieve energiebalans is?
Energie omzetten van de ene vorm naar de andere (in dit geval licht naar warmte) is echt niets nieuws hoor, dat doet mijn trui bijvoorbeeld ook.

[Reactie gewijzigd door varkenspester op 18 februari 2011 16:17]

Anti-laser is alleen een leuke aansprekende term voor leken... Behalve dat er een cavity gebruikt wordt, heeft het echter niets met een laser te maken. De laserwerking gaat niet twee kanten uit. Vergeet dus al je anti-beam redenaties maar....

[Reactie gewijzigd door AHBdV op 18 februari 2011 15:58]

Anti-laser is alleen een leuke aansprekende term voor leken... Behalve dat er een cavity gebruikt wordt, heeft het echter niets met een laser te maken. De laserwerking gaat niet twee kanten uit. Vergeet dus al je anti-beam redenaties maar....

Kun je dat onderbouwen? Dat er een bepaalde golflengte van licht getrapped wordt in het absorptie-medium was ik al achter. Maar wat is nu precies het grote verschil met deze vorm van (coherente) absorptie, tegenover een absorptie die erg efficient is en erg selectief?

Ik zeg niet per sé dat die anti-beams van anti-fotonen bestaan, ik stel alleen dat er mogelijk nieuwe processen de oorzaak van deze coherente absorptie zijn en dat dat ook de reden is waarom we dat nú pas hebben ondekt. Een tweetal spiegels met een medium erin wat absorbeert bestaat immers al 20 jaar, kijk maar naar solid-state en dye-lasers.

Zwarte verf is niet zo zwart als je denkt. Als je 99.9 procent van het invallend licht weet te absorberen ben je heel goed bezig. Dit ding kan uiteindelijk 99,999 procent absorberen in een componentje van het formaat 'transistor' in een moderne chip.

Als je het omrekent in 'absorptie per kubieke millimeter' is dit voor die ene specifieke kleur licht heel veel zwarter dan de zwartste verf die we hebben.

Nu al is het vermogen van laser soms een probleem. Je hebt een meter glasvezel tussen twee switches, en een stevige laser aan de zendende kant, want je verwacht dat je switch het ook nog doet met 50 of 100 meter vezel. De ontvanger moet dus de lasersignalen omzetten in warmte. Dat is nog best even een puzzeltje. Dit ding kan het potentieel een stuk eenvoudiger maken.

Ik denk je er even naast zit met wat hier gebeurt.

het feit dat een laser genoemd wordt is eigenlijk voor de techies het gaat erom dat ze het "ultieme" licht absorptie hebben gevonden.

Als jij in een compleet zwate kamer een laser schijnt dan zal een deel geabsorbeerd worden en een deel weerkaatst worden vanwege het focus van de golf lengte. Zij hebben nu iets gevonden wat dus nagenoeg alle weerkaatsing tegen gaat door het op te sluiten en om te zetten in warmte.
Het is dus niet een kwestie van positief tegen negatief maar eigenlijk heel simpel het opvangen van energie wat anders weerkaatst zou worden.

Het is inderdaad een leuke stap in de richting "draadloos" energie overdracht maar feit blijft dat we nog steeds niet efficiënt warmte kunnen omzetten is energie die wij willen gebruiken.

Echter het eerste toepassing hiervan zal waarschijnlijk meer iets zijn voor bioscoopen zodal ze richtlasers van camera's kunnen absorberen een daarmee je focus constant in de war gooit een vervolgens het nieuwe techniek gebruiken als smoes om alles weer duurder te maken.

Dat het ooit voor nuttige doeleinden gebruikt wordt betwijfel is zeer sterk.

Wanneer het zon licht op aarde valt en zijn energie omzet in warmte krijg je dan ook negatieve massa? NEE

Produceert een LASER massa? NEE

Of zit ik er nu echt heel erg naast?

Wanneer het zon licht op aarde valt en zijn energie omzet in warmte krijg je dan ook negatieve massa? NEE

Produceert een LASER massa? NEE

Of zit ik er nu echt heel erg naast?

Niet wat ik bedoel. Als je in de quantum-fysica kijkt, dan produceert een laser indirect wel massa, in de vorm van fotonen die kunnen vervallen in deeltjes en anti-deeltjes. Afhankelijk van de energie (golflengte) van een foton valt het dan uiteen in een bepaald (anti-)deeltjespaar met massa en snelheid. Een foton met lage energie valt bijvoorbeeld misschien uiteen in een elektron en een positron, en eentje met hogere energie kan vervallen in een proton en een antiproton.

http://nl.wikipedia.org/wiki/Antimaterie

Deeltjes en anti-deeltjes hebben allebei echter positieve massa (maar tegengestelde lading). Daardoor is de energiebalans en energie-inhoud van het systeem positief (E = m.c²). Onderzoekers zijn al jaren op zoek of het niet mogelijk is om deeltjes te creëren met negatieve massa, Einstein zegt alleen dat de energie-inhoud van zo'n deeltje dan ook negatief zou moeten zijn.

Wanneer het zon licht op aarde valt en zijn energie omzet in warmte krijg je dan ook negatieve massa?

Nee, want de energie-inhoud die van de zon af komt is positief. Dat kan dus nooit omgezet worden in negatieve energie. Wat er met deze anti-laser gebeurt is nog niet 100% duidelijk: Als het simpele absorptie zou zijn, dan zou er ergens een materiaal moeten zijn wat de energie absorbeert. Net zoals er in een laser een gain-medium nodig is, betekent dat dat er in deze resonant-absorption-cavity een absorptie-medium aanwezig moet zijn en waarom dat zich gedraagt zoals het nu doet.

Wat we inmiddels wel hebben uitgevonden is dus dat laser-werking ook twee kanten uit gaat, en wat je je af kan vragen is of dat ook wederkerig is. Stop je energie in deze anti-laser, komt het er dan aan de andere kant bij de laser weer uit? Want zoiets zou op het moment nog tegen ons begrip van de quantumfysica in gaan.

Dat relatief hoge rendement is dan wel maar één kant op, de lasers zelf hebben nu nog maar een efficiëntie van 10-15%

+ energie omzetten in warmte is nu niet het moeilijkste wat er is.
Het is juist warmte omzetten in nuttige energie waar de meeste verliezen in optreden.

Ook het eerste wat ik dacht. Het zal alleen werken over kleine afstanden i.v.m. vervuiling in de lucht die de straal tegenhoudt, maar ik denk dat het vooral terug gaat komen in vochtige ruimtes en onder water.

En jouw reactie is tevens de eerste nuttige op dit artikel

idd, het is nog niet nuttig.

Omzetten van licht in warmte... dat doet een zwarte object ook. (alleen wat minder efficient)

hij heeft een volledig omgekeerde werking ten opzichte van een conventionele laser.

Een een muur heeft een volledig omgekeerde werking ten opzichte van een gloeilamp.

Electriciteit => licht is niet het volledig omgekeerde van licht => warmte.

Een een muur heeft een volledig omgekeerde werking ten opzichte van een gloeilamp.

Als je er stroom op zet begint hij licht te absorberen?

ik heb hier allemaal geen kaas van gegeten

maar ik dacht dat daar het hele artikel over ging
draadloze energie enzo

Een andere toepassing is in LASER-cutters. Die hebben nu een convergerende bundel, om te voorkomen dat je door het "zaagblad" heenzaagt, en als gevolg daarvan een maximale diepte en schuine randjes.

Als je de coherente bundel kunt opvangen, is het niet nodig die te verstoren en kun je nauwkeuriger snijden in dikkere materialen!

_{edit: S3k/AHB: bedankt voor de toelichting hieronder!}

[Reactie gewijzigd door wankel op 18 februari 2011 16:19]

Een andere toepassing is in LASER-cutters. Die hebben nu een convergerende bundel, om te voorkomen dat je door het "zaagblad" heenzaagt, en als gevolg daarvan een maximale diepte en schuine randjes.

Als je de coherente bundel kunt opvangen, is het niet nodig die te verstoren en kun je nauwkeuriger snijden in dikkere materialen!

Niet alleen om te voorkomen dat je door het 'zaagblad' (een honingraat onder je werkstuk) heen gaat, maar ook omdat een convergente bundel op het werkstuk een veel grotere hoeveelheid energie op een klein oppervlak kan concentreren.

Als je een evenwijdige bundel zou gebruiken, kom je misschien (met meer vermogen) wel door dikker materiaal heen, maar wordt je zaagsnede ook evenzoveel breder. En dan is het niet meer rendabel om een laser in te zetten in plaats van een plasma- of waterstraalsnijder.

De daadwerkelijke reden waarom een laser cutter een convergerende bundel heeft, is omdat een laserbundel niet heel klein kan zijn. Zelfs een laserbundel blijft niet parrallel... Hoe smaller je 'm maakt, hoe sneller hij gaat divergeren. En dat krijg je niet genoeg vermogen op je zaagsnede.

Om een laserbundel dus heel smal te maken, en te kunnen zagen (typisch een diffractie gelimiteerde spot), moet je 'm eerst breder maken, en 'm dan met een lens focusseren.

Met de huidige stand van zaken zie ik nog niet veel bruikbare militaire toepassingen. Je zou een voertuig volledig in deze lensjes met resonators moeten verpakken, een stukje rijden met je voertuig en dus stof zou de laser absorbtie al verstoren.

De vraag is ook of het nog werkt als de laserstraal niet loodrecht op het oppervlak gemikt wordt. Zou vervelend zijn als je de positie van je tank constant moet aanpassen aan de hoe waaronder je aangevallen wordt .

Doet mij denken aan een artikel waarin beschreven werd hoe je op de maan Energie zou kunnen opwekken met het daar beschikbare helium. Die opgewekte energie zou dan met laser naar de aarde gestraald kunnen worden. De "ontvanger" voor die laser is dus nu uitgevonden.

Doet mij denken aan een artikel waarin beschreven werd hoe je op de maan Energie zou kunnen opwekken met het daar beschikbare helium. Die opgewekte energie zou dan met laser naar de aarde gestraald kunnen worden. De "ontvanger" voor die laser is dus nu uitgevonden.

Als die laserstraal de aarde bereikt is die allang een kilometer in doorsnede. In het artikel staat:

Het prototype CPA van Yale is nog ongeveer een centimeter in doorsnede, maar dat zou verkleind kunnen worden tot zes micrometer.

Hij is voor iets andere toepassingen ontworpen dan wat jij hier in gedachte hebt dus.

Ik kan me voorstellen dat het inderdaad wel handige toepassingen heeft voor computertechnologie. Soort van Not-poort achtige instelling.

Anderzijds lijkt het me een leuk systeem tegen laserwapens, iets wat we iig nog niet in deze vorm in science-fiction hebben mogen zien. Toch weer een leuke vinding.

Een high-power laserwapen werkt door het object op te warmen.
Dit systeem heeft juist een extreem goede absorptie, dus zal het nog sneller warm worden...

maar het kan de warmte afvoeren en omzetten in andere energie?

Het moet dan een flinke capaciteit hebben om snel genoeg de warmte af te voeren zonder zelf te oververhitten/smelten...

En dan nog heeft het geen zin om eerst de volledige beam om te zetten in warmte.
Dan kan je beter gewoon de warmte rechtstreeks afvoeren.

Anders is het als het licht van een vuur omzetten in warmte om het daarna te gaan afkoelen

en een Not-poort zet een 0 om in een 1 en andersom. Dit systeem zet zowel een 0 als een 1 om in een 0

Een very Not port dus,
misschien handig om te checken of de uitkomst zeker 0 is

De absorptie is zeer hoog. Mag ik aannemen dat dat betekent dat deze bijna in zijn geheel wordt omgezet in warmte? Kan dit worden gebruikt voor energie opwekking? Het enige probleem dat ik hierbij zie is dat dit werkt voor een specifieke golflengte. Als de frequentie die wordt geabsorbeerd breder kan worden gemaakt, zou dit mijns inziens een efficiente manier kunnen zijn voor zonne energie. (aangezien, zover mij bekend, de huidige zonne energie niet erg efficient is)

hmm idd, het transporteren van energie over grote afstanden zou dan mogelijk kunnen worden.

Toch de energie opwekken op de maan, terugsturen in de vorm van een laser, en dan omzetten naar warmte en weer naar energie. Klinkt wel ok .

Voordat je denkt het perpetum-mobile te hebben uitgevonden... hoe wek je een laserstraal op dan? Daar moet je dus ook energie aan toevoegen.... mocht je dit daadwerkelijk met 99,9% efficientie weer om kunnen zetten naar warmte/energie,... ben je redelijk in de buurt, maar je verliest nog altijd 0,1%

De absorptie is zeer hoog. Mag ik aannemen dat dat betekent dat deze bijna in zijn geheel wordt omgezet in warmte? Kan dit worden gebruikt voor energie opwekking?

Als jij vernieuwbare laserbronnen kan vinden. De zon straalt echter geen laserlicht uit, dus nee, dit is niet geschikt als energieopwekking. (waar geen spatie tussen hoort)

Even een project wat nu nog loopt van een paar jaar terug..

daar bundelden ze het licht van een groot oppervlak om staal te smelten.
een kristal of lens zou het spectrum kunnen balanceren naar 1 golflengte.
zo kan uit een groot oppervlakte veel energie met hoog rendement getrokken worden.
die hitte zou makkelijk stoom kunnen genereren.

Het is niet logisch te denken dat je er energie mee kan opwekken. Dit systeem heeft een input nodig, te weten laser. Om laser te creëren moet je er energie in stoppen. Het dus inderdaad wat eerder al genoemd is wellicht gebruikt kunnen worden voor energie transport.

Misschien kan dit wel worden ingezet rond Schiphol in verband met mensen die het " grappig " vinden om daar vliegtuigen te beschijnen

Dit zou dan alleen werken als de antilaser transparant is, dat is ie waarschijnlijk niet en is daarmee niet toepasbaar op ramen

De 'coherent perfect absorber' is ontwikkeld voor toepassingen in optische schakelingen, het bron-artikel suggereert bv. het switchen van optische data signalen.

Gezien de hoge golflengte gevoeligheid is het niet handig voor eenvoudig energie opwekken, temeer ook omdat energie-rijke lasers (CO2-lasers) niet smalbandig zijn.

Voor absorptie van laserlicht kan ik geen toepassing verzinnen. Dan volstaat toch gewoon 'n zwarte ondergrond waar je 'n laser op schijnt? Er is toch zo'n super-nano-zwart uitgevonden die 99,99% van al het licht absorbeert....

Misschien als schakelaar ofzo ja, die detecteert wanneer er op geschenen wordt maar geen licht ervan weerkaatst.