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 учёных отказалась от лазера на кристалле, обычно используемого 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.
«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 неопределённости, 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 неопределённости потребовалось сократить импульс до нескольких фемтосекунд.
Учёные из Констанца начали с импульсов одноволоконного лазера, помещённого между двумя слоями оптического волокна, содержащего редкоземельный эрбий. Один из них удлиняет длину волны на 40%, а другой 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 два раза короче. Однако связь между длиной волны и частотой не является жёсткой.
«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 счёт 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 счёт сокращения минимального количества света, необходимого для кодирования одного элемента в бинарной системе.
Комментарии