Новый фононный лазер
Фононный лазер обещает дать возможность исследовать фундаментальную квантовую физику
С момента своего изобретения в 1960 году оптические лазеры значительно выросли на мировом рынке технологий, что привело к получению Нобелевской премии Арту Ашкину за разработку оптических пинцетов, а Джерарду Муру и Донне Стрикленд — за работу с импульсными лазерами.
Теперь исследователи из технологического института Рочестера создают лазер другого типа — лазер для звука, используя технику оптического пинцета.
В последнем выпуске журнала Nature Photonics исследователи предлагают и демонстрируют фононный лазер с использованием оптически левитированной наночастицы. Фонон — это квант энергии, связанный со звуковой волной, а оптический пинцет тестирует пределы квантовых эффектов в изоляции и устраняет физические возмущения из окружающей среды. Исследователи изучили механические колебания наночастицы, которая поднимается против силы тяжести силой излучения в фокусе оптического лазерного луча.
«Измерение положения наночастицы путем обнаружения света, который она рассеивает, и подача этой информации обратно в луч пинцета позволяет нам создать ситуацию, подобную лазерной», — сказал Мишкат Бхаттачарья, доцент физики в RIT и теоретический исследователь квантовой оптики. «Механические колебания становятся интенсивными и идеально синхронизируются, как электромагнитные волны, возникающие в оптическом лазере».
Поскольку волны, исходящие от лазерного источника, синхронизированы, луч может перемещаться на большие расстояния, не распространяясь во всех направлениях — в отличие от света от солнца или от лампочки.
В стандартном оптическом лазере свойства светового выхода контролируются материалом, из которого сделан лазер. Интересно, что в фононном лазере роли света и вещества меняются местами — движение материальной частицы теперь регулируется оптической обратной связью.
«Мы очень рады видеть, как будут использоваться эти устройства, особенно для зондирования и обработки информации, учитывая, что оптический лазер имеет очень много приложений и все еще развивается», — говорит Мишкат Бхаттачарья.
Он также сказал, что фононный лазер обещает дать возможность исследовать фундаментальную квантовую физику, включая разработку знаменитого мысленного эксперимента с котом Шредингера, который может существовать одновременно в двух состояниях.
Robert M. Pettit et al, An optical tweezer phonon laser, Nature Photonics(2019). DOI: 10.1038/s41566-019-0395-5