Сверхустойчивый лазер: GPS станет точнее

Физики из Объединенного института лабораторной астрофизики (JILA) продемонстрировали новый тип лазера, который в 100-1000 раз более устойчив по частоте, чем обычный. Этот тип лазера может повысить точность самых современных атомных часов и сопутствующих технологий, таких как коммуникационные и навигационные системы, а также космические астрономические инструменты.

Прототип лазера основан на миллионе атомов рубидия, которые выполняют своего рода синхронный танец и производят тусклый темно-красный лазерный луч. Новый лазер фактически представляет собой своеобразную оптическую фазированную антенную решетку, в которой электромагнитные волны большой группы идентичных антенн тщательно синхронизированы и создают волну с уникальными свойствами. Обычный лазер основан на миллионах фотонов, которые рикошетят между двумя зеркалами, ударяют атомы и генерируют интенсивный свет. К сожалению, из-за движений атомов и вибрации зеркал происходит постоянное изменение частоты лазерного луча, что затрудняет его использование, например для высокоточных измерений.

Новый лазер от JILA отличается уникальной устойчивостью частоты луча

Новый лазер от JILA лишен этого недостатка, поскольку фотоны в нем надолго не задерживаются. Атомы постоянно излучают синхронизированные фотоны, но в очень небольшом количестве. При этом почти все фотоны улетают прежде, чем сталкиваются с зеркалами и нарушают синхронизированный танец атомов. Это стало возможным благодаря уникальной системе, которая удерживает атомы между двумя зеркалами, а затем с помощью маломощных лазеров настраивает скорость переключения атомов между двумя энергетическими уровнями. Атомы испускают фотоны каждый раз, когда уровень их энергии падает. Обычно атом испускает только один фотон в секунду, но благодаря системе, разработанной в JILA, скорость переключения энергетических состояний повышается в 10 тыс. раз. Правда, новый лазер все равно светит намного слабее, чем самая обычная дешевая лазерная указка. Однако он идеально подходит для приложений, где необходимо точно выдерживать частоту, например, в атомных часах системы GPS, системах оптической связи, современных геодезических инструментах и астрономии.