Mikrodalgalar, ısı radyasyonu, ışık ve X-ışını radyasyonu elektromanyetik dalga tipleri olarak bilinmektedir. Birçok uygulamasında, elektromanyetik dalgaların yarattığı alanlar, küçük uzaysal-mekansal boyutlarda odaklanmaktadır ve bu yolla kullanılmaktadır. Mühendisler bu nihai hedefi gerçekleştirmek için çeşitli yollara başvurabilmektedir.

Physical Review Letters'da yayımlanan araştırmada, Institute of Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) ve University of Innsbruck bünyesindeki Institute for Theoretical Physics'ten Oriol Romero-Isart önderliğindeki araştırmacı grubu ve Münih'teki Max Planck Institute of Quantum Optics'ten Ignacio Cirac ve Theodor Hänsch, ultra odaklı (odaklanmış) elektromanyetik alanlar üretmek için yeni bir şema keşfetti ve bunu duyurdu.

Şaşırtıcı Davranış

Elektrik akımı bir bobin üzerinde ilerlerken, tüm yönlere doğru yayılan elektromanyetik dalgalar üretir. Bu bobin eğer dalgaların hepsini mükemmel biçimde yansıtan bir silindirin içine yerleştirilirse, bu durumda çok sıradışı bir davranış ortaya çıkıyor.

Keşfedilen bu modelin kurulumu sayesinde son derece iyi odaklanmış dalga atımları sanki aynı mesafedenmiş gibi küçük bir uzay-mekansal alana hedeflenerek gönderilebilecek. Bu açıklamayı yapan Patrick Maurer aynı zamanda dalga yönlendiricileri ne kadar uyarılırsa o kadar daha odaklı elektromanyetik dalgalar elde edildiğini öne sürüyor.

Teorik fizikçile analitik olarak sistemi, silindirin içindeki elektromanyetik dalgaların yansımalarına dayanarak, öyle bir raddeye kadar karakterize ettiler ki, net bir şekilde belirlenmiş mod sayısını uyaracak akım atımları dizayn edebildi. Sistemin kendine has özellikleri yüzünden, akım pulsları çok küçük oranda yönlendirilme ihtiyacı duyuluyor ve böylelikle daha güçlü bir odaklama sağlanıyor.

Ortalama frekans ise tüm pulslar için neredeyse aynı kalıyor. Üretilen alanın spektrumu ise silindirin yarıçapına göre değişiyor. Örneğin, odaklanmış mikrodalga atımları birkaç santimetre kalınlığında bir silindir kullanılarak üretilebiliyor.

Teknolojik Zorluklar

Innsbruck'taki fizikçiler bir takım sayısal simülasyonlar ile analitik hesaplamalarını da doğruladı. Bu yolla da, alanların; silindiri açıklıklarından biri üzerinden uyardıktan hemen sonra kendilerine has özelliklerini bir müddet korudukları gösterildi.

Bu yeni konsept, doğal olarak ultraodaklanmış alanlar gerektiren bir çok teknolojik uygulama alanında kendine yer edinebilecektir. Örneğin, mikroskop teknolojisi alanında, bu yeni ultraodaklanmış dalga şemaları çok daha yüksek çözünürlükte net görüntü üreten cihazların geliştirilmesini sağlayabilir.

Fizikçiler şemalarını uygulayabilmek ve geliştirebilmek için iki şeye ihtiyaç duyduklarını belirtiyor: ilk olarak geniş bir frekans aralığını yansıtabilecek malzemenin bulunması gerekiyor, ve ikincisi hesaplanmış elektrik akımı atımlarını üretilmesinin gerekmesi.

Bu gereksinimlerin karşılanması ile çok daha görünür olumlu sonuçların elde edilmesini sağlayacağı düşünülüyor.

---

Makale Referans: P. Maurer, J. Prat-Camps, J. I. Cirac, T. W. Hänsch, O. Romero-Isart. Ultrafocused Electromagnetic Field Pulses with a Hollow Cylindrical Waveguide. Physical Review Letters, 2017; 119 (4) DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.043904

---