לא תמיד יותר זה יותר: חוקרים מישראל גילו מה מגביל את עוצמת לייזרי הטרה-הרץ

מחקר ישראלי-בינלאומי בהובלת ד"ר אסף אלבו מאוניברסיטת אריאל, בשיתוף עם אוניברסיטת בר-אילן, אוניברסיטת לידס ומעבדות סנדיה הלאומיות, חשף מגבלה פיזיקלית בסיסית בלייזרי טרה-הרץ (THz). המחקר, שפורסם בכתב העת Nanophotonics, מצא כי בניגוד לסברה הרווחת, הגדלת מספר האלקטרונים בלייזר מעבר לריכוז מסוים פוגעת בביצועיו במקום לשפרם, עקב אינטראקציות בין אלקטרונים הגורמות להתרחבות וחפיפה של רמות אנרגיה קוונטיות.

"במשך שנים היה מקובל לחשוב שככל שמגדילים את מספר האלקטרונים בלייזר, כך ניתן להשיג הגבר אופטי גבוה יותר וביצועים טובים יותר", מסביר ד"ר אלבו. "גילינו שקיימת מגבלה פיזיקלית בסיסית: מעבר לריכוז מסוים של אלקטרונים, האינטראקציות ביניהם גורמות להתרחבות של רמות האנרגיה הקוונטיות ולחפיפה ביניהן."

תגלית זו עשויה לשנות את תכנון לייזרי טרה-הרץ והתקנים פוטוניים עתידיים, המשמשים בתחומי תקשורת (כמו 6G), רפואה, ביטחון ותעשייה. החוקרים הגדירו פרמטר פיזיקלי אוניברסלי (Γavg/Δ) המאפשר לחזות את הגבול שבו תוספת אלקטרונים מפסיקה לשפר את ביצועי הלייזר, ובכך לסייע בפיתוח דור חדש של רכיבים פוטוניים עם ביצועים משופרים.