موفقیت لیزرهای پلاستیکی

زمانی لیزر موضوعی بود که از سر بی مسئله‌گی مورد توجه قرار گرفته بود. امروزه لیزر بخش گسترده‌ای از تکنولوژی نوین را تشکیل می‌دهد. لیزر ضمناً تصویر جذابی از جهان کوانتومی به دست می‌دهد؛ جهانی که در آن فتون‌ها مانند ذرات رفتار می‌کنند و از بر هم کنش آن‌ها خواص ویژه‌ای مثل همدوسی، جهت‌مندی، و شدت زیاد نتیجه می‌شود. جستجو برای محیط‌های لیزنده‌ی جدید چندین دهه سابقه دارد. این تلاش برای گسترش گستره‌ی طول موج‌های لیزر، و نیز برای رسیدن به خواص زمانی جدید است. اخیراً آزمایش‌هایی انجام شده است که نشان دهنده‌ی امکان لیزیدن میکروکاواکی از جنس یک بسپار مزدوج است. این میکروکاواک رده‌ی جدیدی از محیط‌های کوچک مولد لیزر است. بسپارهای مزدوج بسپارهایی‌اند که حالت‌های الکترونی ناجایگزیده دارند. به خاطر این ناجایگزیدگی، برانگیختگی‌های اپتیکی پایدار ممکن می‌شود و تعدادی حامل متحرک بار در ماده به وجود می‌آید. این مواد در بیست سال اخیر به شدت مورد توجه بوده‌اند. ابتدا به عنوان فلزات مصنوعی و سپس، به طور فزاینده‌ای، به عنوان نیمرسانا برای کاربردهای الکترونیکی، اپتوالکترونیکی، و اپتیک غیر خطی.
خواص گسیلندگی، بهای کم، و امکان ساخت ابزارهای با مساحت زیاد، از ویژگی‌های برجسته‌ی این موادند. پدیده‌ی الکترولومینسانس که در آن نور، در اثر ترکیب الکترون و حفره، گسیل می‌شود، از موضوع‌های داغ پژوهش است. گسیل در همه‌ی گستره‌ی مرئی مشاهده شده است، و بازده‌، درخشندگی، و عمر ابزارها به سرعت به مقادیر تجاری مناسب برای مقاصد روشنایی و تبلیغات نزدیک می‌شود. یکی از راه‌های بهینه کردن بازده دیودهای الکترولومینسان این است که یک لایه‌ی نازک بسپار را بین دو آینه قرار دهیم. اگر ضخامت لایه از مرتبه‌ی طول موج نور گسیلیده باشد، این مجموعه مثل یک میکروکاواک تشدید عمل می‌کند. چنین وسیله‌ای دو قطبی‌های گسیلنده‌ی لایه‌ی بسپار را به یک موج ایستاده‌ی الکترومغناطیسی جفت می‌کند، و به این ترتیب می‌توان پهنای خط جهت‌مندی و آهنگ کاهش تابش گسیلیده را کنترل کرد. این میکروکاوه‌ی تشدید ضمناً وسیله‌ای برای ایجاد گسیل القایی و لیزر است. برخی از لیزرهای نیمرسانای معدنی بر همین اساس کار می‌کنند. اکنون سؤال این است که آیا همین کار با بسپارهای مزدوج، که تنوع بیشتری دارند، هم امکان‌پذیر است؟
اخیراً تسلر و همکارانش خواص یک میکروکاوه‌ی بسپار تحت تحریک، یا دمش، قوی اپتیکی را بررسی کرده‌اند. سه پدیده‌ی وابسته به شدت، با یک آستانه‌ی واضح، مشاهده شده است: به ازای شدت دمش زیاد، اولاً یک وجه انتخاب می‌شود که گسیل قویاً به آن جفت می‌شود. این پدیده همزمان با کاهش شدت دو وجه دیگر کاواک است. ثانیاً، خط‌های گسیل باریک می‌شوند، و ثالثاً جهت‌مندی افزایش می‌یابد، به این ترتیب که نور بیشتر در جهت عمود بر سطوح بازتابنده خارج می‌شود. این پدیده‌ها، با هم شاهد محکمی برای لیزیدن است. محلول‌های رنگی آلی به گستردگی به عنوان لیزرهای قابل تنظیم به کار می‌روند. لیزر بسپارهای مزدوج هم پیش از این در محلول‌های رقیق مشاهده شده است. اما تصور بر آن بوده است که لایه‌های نازک جامد این بسپارها به عنوان لیزر غیر قابل استفاده‌اند زیرا جذب القایی شدید این مواد اثر گسیل القایی را از بین می‌برد. اما آزمایش‌های اخیر نشان می‌دهد که با دمشی با شدت بیشتر از یک شدت آستانه، شدت خطوط گسیلیده زیاد و پهنای خطوط بسیار کم می‌شود. این شاهدی برای لیزیدن است. هر چند در پدیده‌هایی مثل ابرتابش و ابر فلوئورسانس هم چنین خواصی مشاهده می‌شود. باید معلوم شود که پدیده‌های مشاهده شده واقعاً به لیزیدن مربوط‌اند یا نه.
برای بسیاری از مقاصد، دمش الکتریکی بسیار مناسب‌تر از دمش اپتیکی است. به ویژه لیزرهای الکتریکی ارزان قیمت در ناحیه‌ی مرئی و فرابنفش نزدیک بسیار مورد توجه‌اند، البته اگر بازده تبدیل توان الکتریکی به اپتیکی مناسب باشد. میکروکاواک تسلر و همکارانش را می‌توان با استفاده از یک آند شفاف به شکل مناسب برای دمش الکتریکی درآورد. تخمین‌های ساده‌ای نشان می‌دهند که چگالی جریان لازم برای رسیدن به حد آستانه 105 تا 106 آمپر بر سانتی متر مربع است. بنابراین به نظر می‌رسد که کاربرد عملی این ابزارها هنوز خیلی دور از دسترس باشد، اما احتمالاً این ارقام چگالی جریان در آینده به طور چشم‌گیری کاهش خواهند یافت. خود لیزرهای با دمش اپتیکی هم قابل توجه‌اند. مثلاً انتظار می‌رود لیزرهایی ساخته شوند که قابل تنظیم در گستره‌ای وسیع باشند. این به معنای آن است که یک لیزر می‌تواند کار چند لیزر رنگی معمول را بکند.