Under det senaste halvseklet, Laserteknologi har vuxit till en global industri för mångmiljarder dollar och har använts i allt från optiska diskenheter och streckkodsläsare till kirurgisk och svetsutrustning.

För att inte tala om de där laserpekarna som underhåller och förvirrar din katt.

Nu, lasrar är redo att ta ytterligare ett steg framåt:Forskare vid Case Western Reserve University, i samarbete med partners runt om i världen, har kunnat styra riktningen för en lasers utgångsstråle genom att applicera extern spänning.

Det är en historisk förstagång bland forskare som har experimenterat med vad de kallar "slumpmässiga lasrar" under de senaste 15 åren eller så.

"Det finns fortfarande mycket arbete att göra, men detta är ett tydligt första bevis på en slumpmässig transistorlaser, där laserstrålningen kan dirigeras och styras genom att applicera en extern spänning, sade Giuseppe Strangi, professor och Ohio Research Scholar i ytor av avancerade material vid Case Western Reserve University.

Strangi, som ledde forskningen, och hans medarbetare redogjorde nyligen för sina resultat i en artikel publicerad i tidskriften Naturkommunikation . Projektet, finansierad av Finlands vetenskapsakademi, syftade till att övervinna vissa fysiska begränsningar som är inneboende för den andra generationens lasrar.

Laser framgångar, laserbegränsningar

Laserteknologins historia har varit snabb, eftersom den unika ljuskällan har revolutionerat praktiskt taget alla områden av det moderna livet, inklusive telekommunikation, biomedicin och mätteknik.

Men lasertekniken har också hämmats av betydande brister:inte bara måste användare fysiskt manipulera enheten som projicerar ljuset för att flytta en laser, men att fungera, de kräver en exakt inriktning av komponenter, gör dem dyra att tillverka.

Dessa begränsningar kan snart elimineras:Strangi och forskningspartners i Italien, Finland och Storbritannien har nyligen visat ett nytt sätt att både generera och manipulera slumpmässigt laserljus, inklusive i nanoskala.

Så småningom, detta kan leda till att en medicinsk procedur utförs mer exakt och mindre invasivt eller att en fiberoptisk kommunikationslinje omdirigeras med vridning av en ratt, sa Strangi.

"Slumpmässiga" lasrar blev bättre

Så hur fungerar lasrar egentligen?

Konventionella lasrar består av en optisk kavitet, eller öppning, i en given enhet. Inuti den kaviteten finns ett fotoluminescerande material som avger och förstärker ljus och ett par speglar. Speglarna tvingar fotonerna, eller lätta partiklar, att studsa fram och tillbaka vid en specifik frekvens för att producera den röda laserstrålen vi ser sända ut från lasern.

"Men tänk om vi ville miniatyrisera den och bli av med speglarna och göra en laser utan hålighet och gå ner till nanoskala?" han frågade. "Det var ett problem i den verkliga världen och varför vi inte kunde gå längre förrän i sekelskiftet med slumpmässiga lasrar."

Så slumpmässiga lasrar, som har forskats på allvar under de senaste 15 åren, skiljer sig från den ursprungliga tekniken som först avslöjades 1960, främst genom att de inte förlitar sig på den speglade håligheten.

I slumpmässiga lasrar, fotonerna som sänds ut i många riktningar vrids istället av lysande ljus in i ett flytande kristallmedium, styr de resulterande partiklarna med den ljusstrålen. Därför, det behövs inget stort, spegelstruktur som krävs i traditionella applikationer.

Den resulterande vågen - kallad en "soliton" av Strangi och forskarna - fungerar som en kanal för de spridda fotonerna att följa ut, nu i en ordning, koncentrerad väg.

Ett sätt att förstå hur detta fungerar är genom att föreställa sig en ljuspartikelversion av de "ensamma vågorna" som surfare (och sötvattensbundna fiskar) kan åka på när floder och havsvatten kolliderar i vissa flodmynningar, sa Strangi.

Till sist, undersökningarna träffade den flytande kristallen med en elektrisk signal, som låter användaren "styra" lasern med en ratt, i motsats till att flytta hela strukturen.

Det är den stora utvecklingen av det här laget, sa Strangi.

"Det är därför vi kallar det "transistor, ' eftersom en svag signal (soliton), styr en stark - laserutgången." Strangi sa. "Lasrar och transistorer har varit de två ledande teknologierna som har revolutionerat det senaste århundradet, och vi har upptäckt att de båda är sammanflätade i samma fysiska system"

Forskarna tror att deras resultat kommer att föra slumpmässiga lasrar närmare praktiska tillämpningar inom spektroskopi (används i fysikalisk och analytisk kemi såväl som i astronomi och fjärranalys). olika former av skanning och biomedicinska ingrepp.