Физики создали рекордно точный и стабильный лазер — Naked Science
6 минут
Редакция

Физики создали рекордно точный и стабильный лазер

Исследователи из США и Германии разработали ультрастабильный лазер с чрезвычайно малой шириной спектральной линии.

untitled-8
©Wikipedia

Помимо промышленных приложений, развитие лазерных технологий важно для фундаментальной науки. В отличие от обычных источников света, лазеры должны испускать монохроматическое и когерентное (с постоянной разницей фаз) излучение с точной частотой. Последнее условие определяет достоверность физических измерений. В частности, фемтосекундные лазеры используются в атомных часах: их спектр расширяют до оптических гребенок, частота которых сравнивается с показателем перехода атома цезия (поворота спина наиболее удаленного электрона относительно спина ядра). Ширина таких лазеров измеряется миллигерцами, у видимого излучения она достигает сотен терагерц.

 

Самые передовые из доступных лазеров могут иметь ширину спектральной линии до нескольких килогерц. Тем не менее, для некоторых экспериментов этого недостаточно. В новой работе специалисты из Физико-технического федерального института и других научных учреждений представили лазерную установку с рекордно малой шириной спектра и высокой когерентностью. Основу генератора составляет резонатор Фабри — Перо, состоящий из монокристаллического кремния (выполнял функцию зеркала). Выбор материала был обусловлен возможностью снизить тепловой шум без потери точности. С этой целью система также охлаждалась до 124 кельвинов (-149 градусов Цельсия).

 

Кроме того, поскольку длину волны излучения определяло расстояние между отражающими поверхностями резонатора, ученые стремились изолировать установку от всех типов помех, включая вибрации и звук. Лазер был рассчитан на испускание света с длиной волны 1542 нанометра (инфракрасное излучение). По словам авторов, описанная конструкция позволяла добиться ультрастабильной пространственной когерентности: электрические поля в пучке колебались с шагом менее нескольких десятков аттометров (1×10-9 нанометра) — диаметр атома водорода превышает этот показатель в десять миллионов раз. При этом ширина спектра составила всего восемь миллигерц, или 4×10-17 несущей частоты лазера.

 

Стабильность излучения представленной системы настолько высока, что генерируемый ей свет может преодолеть практически десятикратное расстояние между Луной и Землей прежде, чем рассинхронизирется. Время когерентности установки они оценили в 11–55 секунд. Подчеркивается, что оптимизация сконструированного лазера едва ли позволит значительно увеличить показатель, поскольку последний приближается к фундаментальному пределу. В качесте альтернативы исследователи рассматривают дополнительное снижение теплового шума. Сделать это возможно, в частности, с помощью покрытия из арсенида алюминия-галлия и охлаждения до четырех кельвинов (-269 градусов Цельсия).

 

Подробности работы представлены в журнале Physical Review Letters и на сервере препринтов arXiv.org.

 

Недавно международная группа физиков также поставила рекорд лазерного усиления. Разработанная установка способна увеличивать энергию импульсов в сто миллионов раз.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
5 марта
5 минут
Илья Ведмеденко

Согласно решению Арбитражного суда Амурской области, строительство стартового комплекса «Ангара» на Восточном должны приостановить. Напомним, стартовый стол создают под тяжелую ракету «Ангара-А5», которую хотят применить для испытаний космического корабля нового поколения.

5 марта
7 минут
Василий Парфенов

С момента появления систем автономного вождения многие задавались вопросом: а как они будут выглядеть в идентичных условия? К счастью, у нас наконец-то появилась возможность сравнить два самых известных автомобильных автопилота: системы разработки Tesla и Waymo — дочерней структуры Alphabet, владеющей Google. Машины проехали по одному маршруту, но сделали это совершенно по-разному, что весьма удивляет.

Позавчера, 15:24
9 минут
Мария Азарова

По числу одобривших его использование стран российский препарат обогнал даже так называемого фаворита Запада — вакцину от Pfizer и BioNTech.

5 марта
5 минут
Илья Ведмеденко

Согласно решению Арбитражного суда Амурской области, строительство стартового комплекса «Ангара» на Восточном должны приостановить. Напомним, стартовый стол создают под тяжелую ракету «Ангара-А5», которую хотят применить для испытаний космического корабля нового поколения.

5 марта
7 минут
Василий Парфенов

С момента появления систем автономного вождения многие задавались вопросом: а как они будут выглядеть в идентичных условия? К счастью, у нас наконец-то появилась возможность сравнить два самых известных автомобильных автопилота: системы разработки Tesla и Waymo — дочерней структуры Alphabet, владеющей Google. Машины проехали по одному маршруту, но сделали это совершенно по-разному, что весьма удивляет.

Позавчера, 15:24
9 минут
Мария Азарова

По числу одобривших его использование стран российский препарат обогнал даже так называемого фаворита Запада — вакцину от Pfizer и BioNTech.

26 февраля
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

15 февраля
9 минут
Василий Парфенов

Новость, которую странно публиковать на серьезном научно-популярном портале, но от реальности не убежишь. Уфологи всего мира могут радоваться: американские военные официально признали, что изучали места крушения НЛО и в их распоряжении есть некие аномальные объекты, свойства которых выходят за рамки известных науке материалов.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: