0,1 Терра и почти нулевой шум: новый метод создает стабильный свет из нестабильных лазеров

Массачусетский технологический институт (MIT) обнаружил, как подавлять колебания в усиленных лазерахС

Исследователи из Массачусетского технологического института и Корнелльского университета нашли способ превратить нестабильные, шумные лазеры в чрезвычайно стабильные световые потоки — в отличие от классической физики. Обнаружение обещает значительный прогресс в технологии фотоники, что требует как высокой мощности, так и точности.

Увеличение силы лазеров традиционно приводит к увеличению «шума» — случайных колебаний интенсивности. Это ограничивает использование лазеров в приложениях, где устойчивость радиации имеет решающее значение, будь то научные измерения, промышленная резка или медицинская диагностика.

Новая технология, представленная в Nature Photonics, показывает, как шумные и усиленные лазеры могут быть превращены в источник такого облегающего «интенсивного сжатого» света. Это состояние, в котором колебания в количестве фотонов меньше фундаментального предела, определяемого квантовой механикой.

Ключом к преобразованию является комбинация нелинейного оптического волокна и спектрального фильтра. Лазерные импульсы проходят через волокно, где запускается процесс смешивания с четырьмя волнами: энергия перераспределяется между различными частотами света, при этом между ними создаются корреляции. Затем программируемый фильтр выбирает наиболее стабильные комбинации частот, включая зарегистрированные уровни шума, которые снижаются в 30 раз по сравнению с исходным лазером. В то же время интенсивность пика остается прежней — до 0,1 чая на квадратный сантиметр.

Основная особенность обнаружения заключается в том, что генерация квантового света больше не требуется дорогостоящих источников с низким уровнем мощностиПо словам Николаса Риверы, доцента в Корнелльском университете и одного из авторов исследования, теперь можно использовать гораздо более доступные лазеры, широко используемые в научных лабораториях и промышленности.

Исследователи также разработали новую модель, которая позволяет им предсказывать поведение квантового шума на основе классического моделирования. Это не только объясняет наблюдаемые эффекты, но и открывает двери, чтобы адаптировать метод к другим лазерным системам.

Ривера отмечает, что будущая цель команды — расширить подход к более мощным лазерам. В будущем метод также может быть применен за пределами лаборатории, например, в системах оптической связи, где для передачи сигнала через океан используется усиление электроэнергии.

Ученые из Гарварда, Стэнфорда, Бостонского университета, технического университета и Университета Центральной Флориды присоединились к исследованию.