Setali tiga uang dengan Arthur Ashkin, Donna Strickland dan Gerard Mourou dua orang penerima nobel fisika 2018 lainnya juga mengawali temuannya dengan inspirasi imajinasi dari sebuah artikel sains populer yang menggambarkan radar dan gelombang radio-panjangnya. Sekilas sederhana. Namun, memindahkan ide yang digambarkan dalam artikel sains populer ini yang berlaku pada radar ke gelombang cahaya optik yang lebih pendek adalah hal yang sulit, baik secara praktik maupun secara teoritis.
Tetapi, akhirnya terobosan itu dideskripsikan dalam artikel yang diterbitkan pada bulan Desember 1985 dan merupakan publikasi ilmiah pertama Donna Strickland. Saat itu, Donna pindah dari Kanada ke University of Rochester di US, saat dia tertarik pada fisika laser karena melihat berkas cahaya hijau dan merah yang menyala di laboratoriumnya seperti sebuah pohon natal. Ketertarikannya pada fisika laser juga didorong oleh visi dari supervisornya, Gerard Mourou.
Satu dari kedua ide dalam impian Donna pun terwujud, yaitu ide untuk memperkuat pulsa laser pendek pada tingkat yang belum pernah dicapai sebelumnya. Sinar laser dihasilkan melalui sebuah reaksi berantai dimana partikel-partikel cahaya, foton, menghasilkan lebih banyak foton. Foton-foton ini dapat dipancarkan dalam bentuk pulsa-pulsa. Semenjak laser ditemukan, hampir 60 tahun yang lalu, peneliti telah berusaha untuk menghasilkan pulsa-pulsa yang lebih intens (memiliki intensitas yang lebih tinggi). Namun demikian, menjelang pertengahan tahun 1980-an, akhir perjalanan tingkat intensitas laser telah dicapai. Pulsa pendek secara praktis tidak mungkin lagi ditingkatkan intensitas cahayanya tanpa menghancurkan material penguatnya.
Tetapi, dengan teknik baru Strickland dan Mourou, yang dikenal sebagai penguatan pulsa bercicit (chirped pulse amplification, CPA), tembok batasan itu dapat didobrak. Tekniknya sendiri sederhana dan elegan. Sebuah pulsa laser pendek, diregangkan dalam waktu (periodenya dibuat panjang), lalu diperkuat, kemudian dirapatkan kembali secara bersama-sama. Ketika sebuah pulsa diregangkan waktunya, daya puncaknya jauh lebih rendah sehingga pulsa yang telah diregangkan ini dapat diperkuat tanpa merusak penguatnya. Pulsa hasil penguatan ini kemudian dikompresi kembali dalam waktu, yang berarti akan lebih banyak sinar yang terkandung dalam sebuah area ruang yang kecil sehingga intensitas pulsa akan meningkat secara dramatis.
Butuh waktu selama beberapa tahun untuk Strickland dan Mourou untuk menggabungkan semuanya dengan sukses. Seperti biasanya, kesulitannya muncul dari berbagai hal-hal praktis dan konseptual. Misalnya, pulsa yang akan diregangkan akan membutuhkan kawat fiber optik baru sepanjang 2,5 km. Setelah berbagai utak-atik dan hambatan, akhirnya panjang kawat dapat dipangkas menjadi 1,4 km. Salah satu tantangan utama yang dihadapi adalah menyinkronkan berbagai bagian dalam perangkat tersebut, sehingga diperoleh peregang berkas yang cocok dengan kompresor. Tantangan ini juga akhirnya terpecahkan, dan pada tahun 1985, Strickland dan Mourou berhasil membuktikan untuk pertama kalinya bahwa visi elegan mereka dapat dibuktikan.
Teknik CPA yang dipatenkan oleh Strickland dan Mourou akhirnya merevolusi fisika laser. Teknik ini menjadi standar untuk semua laser intensitas tinggi yang dibuat setelahnya dan menjadi gerbang baru untuk seluruh bidang dan aplikasi dalam fisika, kimia, dan farmasi. Pulsa-pulsa laser paling intens dan terpendek sekarang dapat dihasilkan dalam laboratorium.
Lompat baca ke bagian berikut :
Kamera film tercepat di dunia
Bagaimana penggunaan pulsa berintensitas tinggi dan sangat pendek ini? Pemanfaatan awal pulsa ini adalah dalam pengamatan peristiwa yang terjadi antara molekul-molekul dan atom-atom dalam dunia mikro yang mengalami perubahan secara konstan. Peristiwa dalam dunia mikro berubah dengan cepat, sedemikian cepat sehingga untuk waktu yang cukup lama kita hanya mungkin untuk menggambarkannya dengan kondisi sebelum dan kondisi setelahnya. Tetapi dengan penggunaan pulsa yang pendek ini, dalam orde femto sekon (10-15 detik), maka kita dapat mengamati peristiwa demi peristiwa yang sebelumnya peristiwa tersebut tampak terjadi secara singkat (tiba-tiba).
Intensitas tinggi yang dimiliki laser juga membuat sinarnya merupakan alat untuk mengubah sifat dari material: isolator listrik dapa diubah menjadi konduktor, dan berkas laser yang sangat tajam akan memungkinkannya untuk memotong atau membuat lubang dalam berbagai material dengan ketepatan yang sangat tinggi bahkan pada benda-benda hidup.
Sebagai contoh, laser dapat digunakan untuk menghasilkan penyimpan data yang lebih efisien, karena penyimpan tersebut tidak hanya dibuat di atas permukaan material, tetapi juga dalam lubang-lubang kecil yang dibor ke dalam medium penyimpanan tersebut. Teknologi ini juga digunakan untuk memproduksi sten bedah, sebuah alat bantu dalam proses pembedahan, silinder ukuran mikrometer dari logam yang diregangkan yang digunakan untuk memperlebar dan memperkuat pembuluh darah, saluran kemih dan jalur-jalur lainnya di dalam tubuh.
Tak terhitung banyaknya bidang yang memanfaatkan penemuan ini, yang hingga saat ini belum tereksplorasi secara penuh. Setiap langkah ke depan memungkinkan peneliti untuk mencapai pandangan baru terhadap dunia, mengubah baik penerapan dalam penelitian dasar maupun penerapan praktis.
Salah satu dari bidang baru penelitian yang tumbuh belakangan ini adalah fisika attosekon (atto = 10-18). Pulsa laser yang lebih pendek dari ratusan attosekon dapat mengungkap dunia elektron secara dramatis. Elektron merupakan benda kerja kimia; yang bertanggung jawab terhadap sifat optik dan sifat listrik semua materi dan semua ikatan kimiawi. Tak lama lagi elektron-elektron ini tak hanya sekedar dapat diamati, tetapi juga dapat dikontrol.
Menuju cahaya yang jauh lebih ekstrim
Banyak penerapan dari teknik laser baru ini sedang menunggu di sudut-sudut—alat-alat elektronika yang lebih cepat, sel surya yang lebih efektif, katalis yang lebih baik, akselerator yang lebih kuat, sumber-sumber energi baru, atau pun pembuatan obat-obatan terbaru. Tidak mengherankan jika kelak akan terjadi persaingan yang sangat ketat dalam fisika laser.
Bahkan telah muncul spekulasi untuk tahap pengembangan berikutnya: peningkatan daya sepuluh kali lipat, hingga mencapai 100 petawatt (peta = 1015). Visi teknologi laser ke depan tidak hanya akan berhenti sampai di situ. Mengapa sekalian tidak mencapai daya hingga sebesar zettawatt (zetta = 1021), atau pulsa laser diperkecil lagi hingga mencapai zeptosekon, yang ekuivalen dengan selang waktu yang hampir tidak terbayangkan singkatnya (10-21 sekon)?
Horizon baru sedang terbuka, dari studi tentang fisika kuantum dalam sebuah ruang vakum hingga produksi berkas-berkas foton berintensitas tinggi yang dapat digunakan untuk membasmi sel-sel kanker dalam tubuh.
