Najoštrija laserska zraka na svijetu

Istraživači razvijaju laser s širinom od samo 10 miliherca

Istraživači su dizajnirali do sada naj taktičniji i najprecizniji laser. Širina njegove linije je samo deset miliherca - svjetski rekord. © fotojo / thinkstock
čitati naglas

Novi svjetski rekord: Istraživači su uspjeli konstruirati laser s najpreciznijom valnom duljinom i maksimalnom vjernošću takta. Svjetlost koju emitira ima širinu linije od samo deset miliherca - frekvencija oscilacije svjetlosnih valova je na taj način izrazito ujednačena. U isto vrijeme, laser ostaje u takt duže nego bilo koji drugi model. Ovo je, između ostalog, korisno za ultra precizne atomske satove, ali i za astronomiju ili testove relativnosti.

Laseri su neizostavan dio našeg života. Od POS skenera u supermarketu do geodetskog snimanja, optičkog prijenosa podataka i nanotehnologije do traženja gravitacijskih valova - nebrojeno je mnogobrojnih aplikacija za lasersko svjetlo. Jedna od glavnih prednosti lasera je njegova koherentna svjetlost: on oscilira samo u vrlo uskom dijelu valnog spektra - u idealnom slučaju samo u jednoj, jasno definiranoj valnoj duljini.

U praksi je, međutim, spektar većine laserskih tipova širok nekoliko kiloherca do megaherca. To nije dovoljno dobro za mnoge precizne eksperimente. Stoga se provode intenzivna istraživanja na sve boljim laserima s većom frekvencijskom stabilnošću i manjom širinom linije.

Pravovremeno i krajnje precizno

Takav "superlaser" sada su postigli Thomas Legero iz Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) i njegovi kolege. Oni su razvili i dizajnirali laser čija frekvencija ima širinu linije od samo 10 miliherca - ovo je novi svjetski rekord. Svjetlost ovog lasera znatno se razlikuje od one, idealne valne duljine od prethodnih modela.

I još jedan rekord ruši novi laser: On je posebno taktičan. Iako svjetlosni val vibrira gotovo 200 trilijuna puta u sekundi, izlazi iz ruke tek nakon otprilike 11 sekundi. Zračeni savršeni val već je dosegao duljinu od oko 3, 3 milijuna kilometara. Ovo je gotovo deset puta veća udaljenost Zemlja - Mjesec. prikaz

Samo je ovaj novorazvijeni silicijski rezonator omogućio novi laser. PTB

Minimalne smetnje i fluktuacije

To je omogućio poseban rezonator, zrcalni dio lasera, u kojem se stvara svjetlosni snop. S jedne strane, ovaj je rezonator gotovo savršeno izoliran od svih utjecaja okoline. Posebna stabilizacijska elektronika osigurava da se fluktuacije temperature i tlaka, kao i vanjski udari apsorbiraju i kompenziraju seizmičkim ili zvučnim efektima.

S druge strane, rezonator se sastoji od monokristala silicija koji se hladi na temperaturu od minus 150 stupnjeva Celzijusa. To osigurava da je čak i toplinski šum pravilno kretanje atoma samo minimalno. Sveukupno gledano, Resonatorl nge varira samo u rasponu od deset atoma. Ta duljina odgovara samo deset milijuna milijuna dijelova atoma vodika.

Upotreba u atomskim satovima

Novi laser je koristan za različite primjene: precizna spektroskopija, radioastronomija i ispitivanja relativnosti mogu se izvesti preciznije nego prije. Ali također bi atomski satovi u budućnosti mogli postati precizniji. "Što je manja širina linije korištenog lasera, točnije se frekvencija atoma može odrediti u optičkom atomskom taktu", objašnjava Legero. "Novim laserom možemo značajno poboljšati kvalitetu svojih satova."

Novi laseri se već koriste na PTB-u u Braunschweigu i na Zajedničkom institutu za laboratorijsku astrofiziku u Boulderu, kako bi se dodatno poboljšala kvaliteta optičkih atomskih satova i provela nova precizna mjerenja na ultrahladnim atomima. "U budućnosti će se svjetlost distribuirati i unutar europske mreže. To će omogućiti još precizniju usporedbu optičkih satova u Braunschweigu i satova naših europskih kolega u Parizu i Londonu “, kaže Legero.

Istraživači vide daljnje mogućnosti optimizacije za budućnost. Pomoću novih kristalnih slojeva ogledala i nižih temperatura uznemirujući toplinski šum može se još više smanjiti. Širina crte mogla bi tada biti i manja od mili hertza. (Pisma o fizičkom pregledu, 2017; doi: 10.1103 / PhysRevLett.118.263202)

(Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), 30.06.2017. - NPO)