Схема работы усилителя. Изображение с сайта Корнельского университета, перевод Ленты.ру. После поглощения атомом кремния фотона от лазера накачки происходит излучение двух фотонов с меньшей энергией.

Физики проследили за сверхкороткими импульсами света

Сверхбыстрый осциллограф для оптических сигналов с разрешающей способностью меньше одной триллионной доли секунды создан в Корнельском университете (США). По приведенным в журнале Nature словам Александра Гоэта, руководителя разработавшей устройство исследовательской группы, это позволит отслеживать световые импульсы в пять раз быстрее, чем ранее.

Основой прибора является чип из оксида кремния (химически чистый кварц) с микроскопическим кремниевым каналом внутри. В канале сечением всего 300 на 750 нанометров мощное излучение лазера накачки используется для усиления слабого сигнала. Фотон, испускаемый лазером накачки, при взаимодействии с кристаллом кремния и фотонами сигнала расщепляется на два. При этом частота одного из них соответствует частоте фотонов усиливаемого сигнала, эффект описанный еще в 1960-х годах носит название параметрического рассеяния света.

Помимо усиления сигнала в канале чипа происходит так же преобразование частоты. За счет переменной величины сигнала возникают дополнительные частоты (этот эффект известен в качестве преобразования Фурье), которые также усиливаются. По спектру (распределению частот) импульса на выходе из чипа можно восстановить форму исследуемого сигнала, а усиление снимает необходимость в предварительной обработке сигнала.

Возможность исследовать сверхкороткие (вплоть до 200 фемтосекунд, 0,2 трилионной доли секунды) световые импульсы востребована как в прикладных, так и в фундаментальных исследованиях. Быстрый осциллограф позволит инженерам и конструкторам оптоэлектронной техники изучать форму сигналов, распространяющихся по стекловолоконным линиям связи. Химики, в свою очередь, получат инструмент для анализа механизмов химических реакций, так как сверхкороткие лазерные импульсы успевают запечатлеть состояние быстро меняющейся системы. И, кроме того, подобный анализ может использоваться для изучения лазерного термоядерного синтеза, где сжатие капсулы с дейтерий-тритиевой смесью происходит за крайне малые промежутки времени.

Регистрация импульсов с еще меньшей продолжительностью была возможна на основе другого метода и ранее, однако тогда о промышленном применении и создании серийных приборов в ближайшей перспективе речи не шло.

Ссылки по теме
- Blink and you'll miss it - Nature, 05.11.2008
- Researchers develop ultrafast oscilloscope on a chip - пресс-релиз Корнельского университета, 05.11.2008
- Физики сфотографировали отдельный лазерный импульс - Lenta.ru, 20.06.2008
- Американский лазер стал в 300 раз мощнее электросети США - Lenta.ru, 18.02.2008
- Британский лазер будет имитировать ядерные взрывы - Lenta.ru, 20.01.2006

Сайты по теме
- Рассеяние света - обзорная статья в журнале "Наука и жизнь"Исследовательская группа Корнельского университета
- Статья, описывающая принцип работы прибора - PDF, 240 Кб