Физики создали новый сверхбыстрый лазер

Сверхбыстрые лазеры излучают короткие, быстрые вспышки света, причем каждый импульс длится десятки миллионов долей секунды. Новый лазерный импульс достигает скорости 30 миллиардов импульсов в секунду — примерно в 100 раз быстрее, чем у большинства сверхбыстрых лазеров, сообщают исследователи в издании Science.

Повышение скорости произошло благодаря новой технике создания сверхбыстрых лазеров. Как правило, исследователи используют метод, называемый режим блокировки, в котором свет отражается в зеркальной полости таким образом, что световые волны опирались друг на друга, чтобы создать короткие вспышки. Новый метод использует более «грубую силу», говорит соавтор исследования Дэвид Карлсон, физик из Национального института стандартов и технологий в Боулдере, по существу, нарезая непрерывный лазерный луч на отдельные импульсы.

Сверхбыстрые лазеры могут производить то, что известно как частотный гребень, свет, состоящий из дискретных цветов. Эти равномерно расположенные оттенки выглядят как зубы гребня. Чтобы заставить новый подход работать, ученые должны были устранить электронное дрожание, которое в противном случае размазало бы острые зубы гребня.

Эти гребни могут использоваться как своего рода «линейка» для света и настолько полезны для точного измерения частоты света, что часть Нобелевской премии 2005 года по физике была присуждена двум исследователям, которые разработали эту технику. Часть Нобелевской премии по физике в 2018 году также была присуждена сверхбыстрым лазерным исследованиям за метод получения очень интенсивных коротких лазерных импульсов. Но эта технология не использовалась в новой работе.

Более быстрые импульсы, полученные с помощью новой техники, приводят к частотной гребенке с более широкими зубьями. Это свойство может быть полезно для калибровки инструментов телескопа, называемых спектрографами, которые рассеивают свет от звезд на различные цвета, помогая ученым в таких наблюдениях, как охота за планетами за пределами Солнечной системы. Эти спектрографы не могут отличать частоты, которые слишком близки друг к другу, поэтому инструменты требуют широкого гребня.

Более быстрые импульсы могут также ускорить определенные виды изображений биологических тканей. И лазер может быть полезен для телекоммуникаций, говорит физик и инженер Эндрю Вайнер из Университета Пердью в Западном Лафайетте. Каждый цвет света может нести собственный поток информации в опто-волоконном кабеле.

Исследователи «достигли удивительного уровня производительности», — говорит физик Виктор Торрес из Технологического университета Чалмерса в Гетеборге, Швеция. «Мы должны думать о том, что мы можем сделать с этим источником света».

D.R. Carlson et al. Ultrafast electro-optic light with subcycle control. Science. Vol. 361, September 28, 2018, p. 1358. doi:10.1126/science.aat6451.