📄 معروضة نسخة «بسيط» — «مبسّط» غير جاهزة بعد. أضفه إلى المفضّلة للمساعدة في تسريعها. اطلب التحليل الكامل

الليزر الذي نتحدث عنه ليس شعاعًا رفيعًا، بل مضمار جري كامل للضوء. داخل الألياف الضوئية يجري نبضان فائقا القصر: أحدهما في اتجاه عقارب الساعة والآخر عكسها. كل نبضة هي ومضة واحدة تدوم أجزاء من مليار من الثانية. لا يتعارضان مع بعضهما، لكنهما يلتقيان في نهاية المضمار، مثل عدّاءين انطلقا في الوقت نفسه من طرفَي الملعب.

عند اللقاء، تتداخل النبضات — قممها وقيعانها تتجمع، وينتج نمط يحتوي على طيف الغاز مشفّرًا. هذا النمط يشبه بصمة الإصبع: لكل غاز نمطه الخاص. لجعل النمط واضحًا، يضبط الليزر بحيث يكون طيف النبضات عريضًا ومسطحًا مثل الطاولة — عندها يحتوي على ألوان كثيرة، وكل لون يتفاعل مع الجزيئات بطريقته.

في هذا العمل، صنع العلماء ليزرًا كاملًا من الألياف الضوئية، دون مرايا ضخمة. وتمكنوا من جعل النبضات في الاتجاهين قوية: 2.7 نانو جول في اتجاه واحد و1.5 نانو جول في الاتجاه الآخر. النانو جول هو جزء من مليار من الجول؛ تقريبًا هذه الطاقة التي تبذلها نملة عند رفع حبة رمل. لكن بالنسبة لومضة ليزر، هذا كثير، لأن كل الطاقة مجمعة في فترة زمنية أقصر من نبضة معالج حاسوب واحدة.

سرعة القياس هي سبب آخر للدهشة. عادةً، يمسح المطياف الترددات واحدة تلو الأخرى، مثل قارئ يمرر إصبعه على الأسطر. هنا، يغيّر الليزر بسرعة الفرق في سرعة النبضتين، فتجريان عبر جميع الترددات المطلوبة في مسار واحد. وبهذا، يلتقط النظام طيفًا بعرض 16 نانومترًا في جزء من مائتي جزء من الثانية — أسرع بمئة مرة من ذي قبل.

لكن هناك عقبة: عند هذا المسح السريع، قد تفقد النبضات تزامنها، مثل عدّاءين تعثّر أحدهما. لتجنب ذلك، أضاف العلماء خوارزمية تراقب طور النبضات وتصححه. بفضل هذا، يحافظ الليزر على التماسك — قدرة النبضات على إعطاء نمط واضح — لمدة نصف ثانية. وهذا يتيح التمييز بين خطوط في الطيف تفصل بينها 7.2 جيجا هرتز فقط، أي سبعة مليارات اهتزازة في الثانية.

هذا الليزر هو أداة جاهزة لمطيافية المشط المزدوج. تشبه هذه الطريقة مشطين بأسنان مختلفة التردد: عند تطبيقهما، ينشأ نبض بطيء يسهل قياسه. سابقًا، كانت هناك حاجة إلى ليزرين منفصلين متزامنين بعناية، مثل عازفين يعزفان بتناغم. الآن، ليزر واحد يقوم بكل شيء بنفسه، وهذا يقلل التكلفة ويبسّط الجهاز بشكل كبير.

في المستقبل، يمكن أن تصبح هذه الليزرات أساسًا لمطيافات محمولة تعمل مباشرة في الميدان أو المصنع أو المستشفى. بدلًا من نقل العينة إلى المختبر، يكفي توجيه الجهاز نحو الغاز — وبعد لحظة نحصل على تركيبته. يشبه ذلك مقياس الحرارة الذي يعطي درجة الحرارة فورًا، لكن بدل الدرجات، نحصل على قائمة بالجزيئات.