Американські фізики створили перший безфотонный лазер на основі атомів рубідію

Американські фізики створили перший «безфотонный» лазер на основі атомів рубідію, що випускає однакові порції світла зі сверхстабильными інтервалами, що дозволяє використовувати такі пристрої для створення надточних атомних годин або для синхронізації імпульсів звичайних лазерних випромінювачів, йдеться в статті, опублікованій в журналі Nature.

Група вчених під керівництвом Джеймса Томпсона (James Tompson) з університету штату Колорадо в місті Боулдер (США) зібрала експериментальний прототип «безфотонного» лазера, реалізувавши принцип так званого «сверхизлучения».

Існування цього ефекту було передбачене американським фізиком Робертом Дікке (Robert Dicke) в 1954 році і експериментально виявлено в 1973 році.

У звичайних лазерах джерелом випромінювання виступають фотони, «здатні саморозмножуватися» в робочому тілі випромінювача. В процесі накачування лазера фотони стикаються з дзеркальними стінками пристрою, з-за чого ті починають вібрувати. Ці вібрації негативним чином позначаються на спектрі та інших характеристик випромінювання, що обмежує точність звичайних лазерів.

Сверхизлучение позбавлене цих недоліків, так як на підготовку імпульсу фотони і дзеркала практично не впливають. Джерелом випромінювання є група тісно розташованих атомів, охолоджених майже до абсолютного нуля (мінус 273 градуси Цельсія).

Після цього атоми накачуються за допомогою зовнішнього джерела енергії та частина електронів переходить із стану спокою на високий енергетичний рівень. Коли число «заряджених» атомів досягає певної критичної позначки, окремі атоми втрачають «індивідуальність» та їх колектив спонтанно випускає пучок ідеально синхронізованих частинок світла – фотонів з дуже вузькою частотою випромінювання.

Як відзначають Томпсон і його колеги, вчені робили безліч спроб створити лазер на основі цього ефекту, однак вони завжди стикалися з проблемою підбору робочого речовини та «накачування» потрібного числа атомів без передчасного випущення фотонів окремими «індивідами».

Дослідники вирішили цю проблему за допомогою двох нестандартних рішень. В якості робочого матеріалу вони використовували газ з лужного металу рубідію. Атоми цієї речовини можна легко охолодити до наднизьких температур і зловити в пастку. З іншого боку, у цього матеріалу є серйозний недолік – структура його електронної оболонки перешкоджає створенню лазера з вузьким спектром випромінювання.

Томсон і його колеги вирішили цю проблему, періодично «накачуючи» атоми рубідію за допомогою звичайного лазера. Завдяки опроміненню в атомах рубідію з’являвся «віртуальний» високий енергетичний рівень, необхідний для спонтанного переходу електронів у стан спокою. Внаслідок цього виникало сверхизлучение, хоча і з дещо «змазаним» спектром порівняно з тим, який би виник у разі «чесної» реалізації цього ефекту.

Тим не менш, експериментальний випромінювач Томсона і його колег приблизно в тисячу разів чутливіші найточніших звичайних лазерів. Завдяки цьому

«безфотонные» випромінювачі, а також синхронізовані з ними звичайні лазери, можна використовувати для створення надточних атомних годин, а також для інших цілей – астрономічних і фізичних спостережень, поліпшення роботи супутників GPS і систем оптичного зв’язку.

РИА Новости

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *