Разработан принцип сверхбыстрого лазера

Ученым из Германии удалось решить одну из труднодостижимых задач физики — получение настолько короткого импульса, чтобы тот содержал лишь одно колебание световой волны. В своей работе группа ученых отказалась от лазера на кристалле, обычно используемом для создания сверхкоротких световых импульсов, в пользу оптоволоконного и длин волн света, принятых в телекоммуникации.

В соответствии с законами физики вспышки могут быть практически такими же короткими, как импульс света. "Этот сверхкороткий импульс может использоваться в качестве фотовспышки для фиксации динамичных событий, таких как взаимодействие отдельных протонов и электронов", — утверждает Альфред Лейтенсторфер (Alfred Leitenstorfer) из Университета Констанца (University of Konstanz) в Германии. Причем совокупность нескольких однократных импульсов более энергоемкая, чем один импульс, содержащий даже большее количество пиков и впадин.

"Генерирование однократного импульса с использованием фактически полностью волоконной системы безусловно станет вехой в оптических технологиях", — уверяет Мартин Ферманн (Martin Fermann) из Imra America, компании по производству лазеров. Он ожидает, что система с однократным импульсом станет новым стандартом в областях с передовыми механизмами отображения информации, восприятия и обработки сигналов.

Принцип неопределенности, сформулированный Вернером Гейзенбергом, устанавливает предел минимально возможной последовательности светового импульса для данной длины волны в зависимости от времени или числа периодов. Поэтому в инфракрасном диапазоне из-за принципа неопределенности потребовалось сократить импульс до нескольких фемтосекунд.

Ученые из Констанца начали с импульсов одноволоконного лазера, помещенного между двумя слоями оптического волокна, содержащего редкоземельный эрбий, один из них удлиняет длину волны на 40%, а другой слой сокращает на такую же величину. Эти два слоя затем сходятся, в результате чего они интерферируют и нейтрализуют большинство волн, оставляя лишь одну волну с периодом всего 4,3 фс. Импульсы короче 3,9 фс были получены в результате использования длин волн примерно в 2 раза короче. Однако связь между длиной волны и частотой не является жесткой.

"Ключ к успеху заключался в использовании одного источника для создания двух световых импульсов, которые затем объединяются для получения более короткого импульса", — поясняет Лейтенсторфер. "И именно за счет целиком оптоволоконной системы мы смогли объединить эти части". После этого главная проблема состояла в измерении этого импульса. Последовательности коротких импульсов сравнивались друг с другом, чтобы удостовериться, что каждый из них был длиной только в один импульс.

В ближайшем будущем это достижение даст возможность ускорить передачу данных по оптоволоконным кабелям за счет сокращения минимального количества света, необходимого для кодирования одного элемента в бинарной системе.