Physicists fight laser chaos with quantum chaos

Defnyddir laserau lled-ddargludyddol pŵer uchel mewn deunyddiau prosesu, delweddu biofeddygol ac ymchwil ddiwydiannol, ond mae’r allyriadau golau y maent yn eu cynhyrchu yn cael eu heffeithio gan ansefydlogrwydd, ac yn eu gwneud yn anghyson.

Ffilamentau optegol sy’n achosi’r ansefydlogrwydd yn y laser. Strwythurau golau yw’r rhain sy’n symud ar hap ac yn newid gydag amser, gan achosi anrhefn. Mae dileu’r ansefydlogrwydd hwn wedi bod yn nod mewn ffiseg ers tro, ond mae strategaethau blaenorol i leihau ffilamentau wedi ymwneud â lleihau pŵer y laser.

Golyga hyn na all laserau gael eu defnyddio bellach ar gyfer nifer o raglenni pŵer uchel ymarferol, megis mewn sinema laser 3D hynod lachar neu fel elfennau mewn systemau laser llachar iawn a ddefnyddir mewn adweithyddion ymasiad.

Yn hytrach, bu’n rhaid i ymchwilwyr ddewis rhwng laser lled-ddargludyddol pwerus gydag ansawdd allbwn gwael a laser cydlynol ond llawer llai pwerus.

Erbyn hyn, mae tîm ymchwil o Goleg Imperial Llundain, Prifysgol Yale, Prifysgol Dechnolegol Nanyang ac Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth Prifysgol Caerdydd wedi dyfeisio canfyddiad newydd.

Mae eu techneg newydd, a gyhoeddwyd heddiw yn Science, yn defnyddio ‘anhrefn cwantwm’ i atal ffilamentau laser, sy’n arwain at yr ansefydlogrwydd, rhag ffurfio yn y lle cyntaf. Drwy greu anhrefn cwantwm (ton) yn y ceudod a ddefnyddir i greu’r laser, mae’r laser ei hun yn aros yn sefydlog.

Cafodd y system laser ei chreu ym Mhrifysgol Dechnolegol Nanyang yn Singapore, ac mae wedi’i harbrofi’n llwyddiannus ym Mhrifysgol Yale. Mae’r tîm erbyn hyn yn gweithio ar archwilio a theilwra yr allyriadau golau ymhellach, megis gwella cyfeirioldeb y laser.

Fodd bynnag, maent yn dweud y dylai’r datblygiad nodweddiadol hwn ganiatáu i laserau lled-ddargludyddol weithio ar bŵer uwch gydag ansawdd allyriadau uchel, ac y gellid cymhwyso’r un syniad gyda mathau eraill o laserau.

Dywedodd cyd-awdur yr astudiaeth Dr Sang Soon Oh, cymrawd o Gynllun Sêr Disglair Sêr Cymru II yn Ysgol Ffiseg ac Athroniaeth a ariennir yn rhannol gan Gronfa Datblygu Rhanbarthol Ewrop drwy Llywodraeth Cymru: “Efallai bod ein dull o leihau ansefydlogrwydd laser yn swnio’n groes i reddf ar yr olwg gyntaf, gan ein bod ni’n cyflwyno anhrefn i wneud y laser yn fwy sefydlog.

“Mae ein dull yn bwerus iawn ac yn berthnasol i’r gwahanol fathau o laserau gan nad oes angen lleihau nifer y dulliau laser. Credwn y bydd ein dull yn cael ei ddefnyddio’n eang ac yn tywys ymchwil i gyfeiriad newydd gan gyfuno’r cysyniadau o anhrefn tonnau-dynamegol ac anhrefn penderfyniedig.”