Optiskais "Stradivari" kā turbo gaismas slēdzis

Ātrākais pasaules optiskais slēdzis atver jaunus apvāršņus kvantu pasaulē

Elektronu-fotonu sajaukums © Aleksandrs Pārdod, Georgs Ginters, Rūperts Hūbers
lasīt skaļi

Starptautiska zinātnieku komanda ir izstrādājusi visātrāko optisko slēdzi pasaulē. Izmantojot šo instrumentu, var iegūt pilnīgi jaunu ieskatu gaismas un mijiedarbības jomā. Par līdz šim neredzamo kļūst redzams: cik ātri faktiski veidojas rezonanse starp elektroniem un gaismu.

Rezultāts ir sava veida īpaši ātru mikroskopisko procesu "lēnas kustības filma", kuras izpratne varētu kļūt ārkārtīgi svarīga, piemēram, nākotnes īpaši ātrajām informācijas supervielām, norāda pētnieki pašreizējā "Dabas" numurā.

Šim nolūkam fiziķi ir izstrādājuši papildu klases lāzera sistēmu. Lāzera zibspuldzes aktivizē elektronus optiskā rezonatora iekšienē laika skalā tikai dažas femtosekundēs. Neiedomājama laika vienība, jo femtosekunde atbilst sekundes miljardās daļas daļai. Ātrākā pasaulē infrasarkanā jutīgā lēnas kustības kamera reģistrē, kā rezonatorā ieslodzītā gaisma savienojas ar elektronu vibrācijām.

Spoguļu pāris kā gaismas rezonators

Ap Rupertu Huberu esošie fiziķi un Konstancas universitātes profesors Alfrēds Leitenstorferis raksturo jauno attīstību savās laboratorijās, salīdzinot mūziku. "Iedomājieties vijoli. Lai vibrējošā virkne būtu labi savienota ar skaņas viļņiem, ti, lai radītu skaņu, mums ir nepieciešams rezonators - korpuss. Šo ideju var izmantot optikā daudz īsākā laika skalā: Lai efektīvi savienotu gaismas viļņus ar elektroniem, mēs kā gaismas rezonatorus izmantojam nelielu spoguļu pāri - mūsu optisko “Stradivari”. "

Ierīce tiek izgatavota, izmantojot pielāgotu pusvadītāja, piemēram, gallija arsenīda, nanostrukturēšanu, ko izmanto arī fotosensoriem. Šīs struktūras izstrādāja profesora Alessandro Tredicucci vadītā komanda Scuola Normale Superiore Pizā, un tās tika ražotas Triestā profesora Lucia Sorba vadībā, Laboratorio Nazionale TASC. displejs

"Tomēr atšķirībā no akustikas spēcīgā gaismas un elektronu mijiedarbība mikrorezonatorā neattiecas uz klasiskās fizikas likumiem, bet drīzāk uz kvantu elektrodinamiku - aizraujošu pētījumu tēmu, piemēram, nano-optikā, " saka Hūbers.

Problēma dubultā iepakojumā

Tomēr milzīga jautājuma zīme vienmēr virzījās uz jautājumu par to, cik ātri patiesībā notiek procesi starp elektroniem un fotoniem, gaismas daļiņām un kas tieši notiek mijiedarbībā.

"Mums praktiski ir divkārša problēma: mazas dimensijas un ārkārtīgi ātras parādības. Zinātnieki gadiem ilgi ir sapņojuši atvērt šo melno kasti. Tagad tas ir atvērts. Mēs ļoti īsā laika posmā varam novērot, kā notiek lēnas kustības filma, kas notiek, kad gaisma nonāk rezonansē ar elektroniem. Tas mums ir devis atslēgu aizraujošā jaunā kvantu pasaulē, "saka Hūbers.

Lai varētu novērot pārslēgšanās procesu superlatīvu laika skalā kopumā, Konstancas universitātes pētnieki izmanto visātrāk pasaulē infrasarkano jutību izraisošo lēnas kustības kameru. "Uz lāzeru balstītā sistēma ir aprīkota ar detektoriem, kas ir tik ātri, ka var uztvert gaismu kā laiku svārstīgu elektromagnētisko viļņu, " saka Hūbers. Tas ļāva Konstanz grupai tieši sekot tam, kā elektroni dažās femtosekundēs savienojas ar fotoniem, kas ieslēgti rezonatorā.

Atšifrēt kvantu melodiju

Rezultāts ir eksotiskas, kvantu mehāniski cieši saistītas gaismas vielas daļiņas, tā sauktie polaritoni. Viņi krasi maina sistēmas optiskās īpašības. Jaunizveidotajā komponentā šis ieslēgšanas process ir vēl ātrāks nekā vienas gaismas svārstību periods.

Runājot par perspektīvām, Hūbers saka: "Mūsu sapnis būtu nākotnē nomainīt dažus fotonus femtosekundē un zināmā mērā atšifrēt to kvantu melodiju. Mums vēl priekšā daudz darba

Ar jaunajiem eksperimentālajiem sasniegumiem šie redzējumi pirmo reizi nonāk iespējamā sfērā. Papildus fundamentālajiem zinātniskajiem atklājumiem pētnieki cer arī uz impulsiem jauniem lietojumiem, piemēram, optiskajā informācijas tehnoloģijā ar visaugstāko bitu ātrumu.

(idw - Konstancas Universitāte, 17.03.2009. - DLO)