Technologia laserowa robi olbrzymi skok
Zespół naukowców z austriackiego Uniwersytetu w Innsbrucku, finansowany ze środków unijnych, wynalazł jednoatomowy laser, którego działanie opiera się wprawdzie na tej samej zasadzie co klasycznego lasera, ale posiada on również właściwości kwantowo-mechaniczne w swoich interakcjach atom-foton. Wyniki badań, opublikowane w czasopiśmie Nature Physics, przyczynią się do lepszego poznania właściwości laserów i zostaną wykorzystane do pomiaru gazów śladowych i składu izotopu węgla w powietrzu i glebie. Źródłem unijnego wsparcia prac były projekty QUBITS (Kwantowe przetwarzanie informacji i transfer za pomocą pojedynczych atomów i fotonów) oraz QUEST - obydwa dofinansowane z Piątego Programu Ramowego (5PR), a także projekt SCALA (Skalowalna informatyka kwantowa z użyciem światła i atomów), który został dofinansowany z Szóstego Programu Ramowego (6PR). Dodatkowe środki pochodziły z Federacji Austriackich Przedsiębiorców z Tyrolu oraz z Austriackiej Fundacji Nauki. Pierwsze lasery (sztucznie wytwarzane elektromagnetyczne fale świetlne, którymi można manipulować za pomocą soczewek) opracowano zaledwie 50 lat temu. Obecnie technologia laserowa stała się częścią codziennego życia. Powszechnie wykorzystuje się ją w wielu dziedzinach, zwłaszcza w elektronice, medycynie, przemyśle, kosmetyce, bezpieczeństwie i rozrywce. Klasyczny laser składa się z ośrodka wzmocnienia (urządzenia wzmacniającego) znajdującego się wewnątrz odblaskowej optycznej wnęki, w której wzmacniane jest światło. W takim laserze następuje gwałtowny wzrost mocy wyjściowej w momencie osiągnięcia danego progu. W tym punkcie wzmocnienie (zwiększenie) jest równe stratom, gdyż światło obiega wnękę. Im wyższa liczba fotonów, tym silniejsze wzmocnienie światła. Zespół naukowców z Uniwersytetu w Innsbrucku postanowił zademonstrować, że próg lasera można osiągnąć przy najmniejszym możliwym module konstrukcyjnym lasera, a mianowicie pojedynczym atomie wchodzącym w interakcje z pojedynczym modem we wnęce optycznej. W tym celu zamknęli pojedynczy jon wapnia w pułapce jonowej i wzbudzili go za pomocą zewnętrznych laserów. Wnęka optyczna w układzie składa się z dwóch zwierciadeł, które łapią w pułapkę i akumulują fotony emitowane przez jon do moda. Jon jest wzbudzany cyklicznie przez laser zewnętrzny i przy każdym cyklu foton jest wprowadzany do moda wnękowego, co wzmacnia światło. W celu silnego sprzężenia atom-wnęka warunki pacy atomu i wnęki wykazują zachowanie kwantowo-mechaniczne - do wnęki można wprowadzić wyłącznie pojedyncze fotony. "W konsekwencji brak emisji wymuszonej i progu" - wyjaśnia naczelny autor raportu z badań, François Dubin z Uniwersytetu w Innsbrucku. Ostatnie badania następują po podobnych pracach przeprowadzonych kilka lat wcześniej, w których zaprezentowano laser kwantowy. Nowe badania są inne, ponieważ sprzężenie można zestroić z modem wnękowym. Zespół naukowców odkrył, że wybór odpowiedniego parametru lasera napędowego pozwolił im osiągnąć silniejsze wzbudzenie, a przez to wprowadzić więcej fotonów do wnęki. Pomimo iż we wnęce nadal znajdował się mniej niż jeden foton byli w stanie zaobserwować emisję wymuszoną w formie progu. "Pojedynczy atom jest bardzo słabym wzmacniaczem. W związku z tym próg jest znacznie mniej wyraźny niż w przypadku klasycznych laserów" - mówi dr Piet Schmidt z Uniwersytetu w Innsbrucku. W klasycznym laserze im silniejsze wzbudzenie tym wyższa moc wyjściowa, ale tak się nie dzieje w przypadku jednoatomowego lasera opracowanego na Uniwersytecie w Innsbrucku. W tym urządzeniu moc wyjściowa jest stłumiona. Zespół zamierza rozszerzyć swoje prace badając przejście między laserem klasycznym a kwantowym poprzez kontrolowane wprowadzanie kolejnych jonów w celu interakcji z polem światła.
Kraje
Austria