Stulbinančių savybių lazerio šviesa, vadinama optinio dažnio šukomis, padės sukurti tikslesnius atominius laikrodžius.

Lazerio impulsai gali sukurti tam tikros rūšies liniuotę, kuri leistų mokslininkams itin dideliu tikslumu išmatuoti kitų lazerių dažnius.

Steven Cundiff, Jun Ye, John Hall

Ar kada susimąstėte, ką galima nuveikti per akimirksnį? Kol šiam klausimui apsvarstyti sugaišite keliasdešimt akimirksnių, per kiekvieną iš jų regimosios šviesos banga spės susvyruoti kvadrilijoną (1015) kartų. Tai iš tiesų didelis skaičius ir mokslininkai į jį žvelgia dvejopai. Iš vienos pusės, vargu ar įmanoma atsispirti atsivėrusioms galimybėms: jeigu viskas eisis gerai, naujosios technologijos įsitvirtins ne tik laboratorijose, bet ir už jų ribų. Iš kitos pusės, metodai, kurie padėjo lengvai susitvarkyti su žemesnių dažnių elektromagnetinėmis bangomis (pavyzdžiui, mikrobangomis), visiškai netinkami šviesai, todėl teks gerokai pasukti galvas, kaip savo planus paversti realybe.

Vis dėlto pastarojo dešimtmečio lazerių fizikos pasiekimai suteikė tyrėjams galimybę įgyvendinti tai, ko ilgą laiką neleido aukštas regimosios šviesos dažnis. Mokslininkai sukūrė priemonių, leidžiančių panaudoti lazerio šviesą, vadinamą optinio dažnio šukomis. Kaip tikros šimtais tūkstančių smulkių brūkšnelių išmargintos šviesos liniuotės, optinio dažnio šukos pasižymi neįtikėtinai dideliu šviesos dažnio matavimo tikslumu. Jos gali apimti didžiulį dažnių intervalą – nuo mikrobangų iki regimosios šviesos. Tačiau svarbiausia, kad tiek mikrobangų, tiek regimosios šviesos diapazone optinės šukos veiks vienodai tiksliai.

Šios technologijos laukia šviesi ateitis. Optinės šukos leis sukurti naujo tipo dar tikslesnius atominius laikrodžius, ultrajautrius cheminius detektorius ir būdų, kaip chemines reakcijas valdyti lazeriais. Be to, gerokai padidės optinėmis skaidulomis keliaujančių signalų skaičius, o lazeriniai lokatoriai taps kur kas jautresni ir veiks didesniu atstumu.

Optinės šukos žymiai supaprastins itin tikslius optinių dažnių matavimus. Jeigu būtumėte norėję tokius matavimus atlikti XX a., į pagalbą būtų tekę pasikviesti būrelį kaip reikiant įgudusių specialistų, kurie prižiūrėtų daugybę vieninteliu dažniu veikiančių lazerių. Dabar paskutinio kurso studentas panašius rezultatus gautų su paprastu prietaisu, kuriame įmontuotos optinio dažnio šukos. Ši naujovė nepaliko nuošalyje ir optinių atominių laikrodžių. Kaip senovinio laikrodžio krumpliaračiai švytuoklės svyravimus perduoda rodyklėms, taip optinio atominio laikrodžio šukos suskaičiuoja šviesos virpesius ir paverčia juos naudingais elektroniniais signalais. Praėjusiais metais tyrėjai panaudojo optines šukas, kad pralenktų ilgus dešimtmečius karaliaujančius cezio atominius laikrodžius.

Kai kuriais atžvilgiais optinių šukų pasirodymas primena technologinį šuolį, kurį prieš maždaug 100 metų sukėlė osciloskopo išradimas. Osciloskopą galima vadinti moderniosios elektronikos pranašu – tiesioginis signalų vaizdavimas ekrane palengvino tiek senus laikus menančios televizijos, tiek moderniausių iPhone telefonų kūrimą. Kadangi šviesos svyravimo dažnis apie 10 tūkst. kartų viršija didžiausią dažnį, su kuriuo susitvarko pats sparčiausias osciloskopas, optinės šukos galėtų sėkmingai perimti visas osciloskopo funkcijas.

Tose srityse, kuriose gali būti naudojamos optinio dažnio šukos, būtina užtikrinti itin precizišką plataus dažnių spektro šviesos valdymą. Nors panašus valdymo lygis jau senokai įgyvendintas radijo bangų diapazone, šviesai prieinamas jis tapo tik dabar. Kad būtų lengviau suprasti, apie ką kalbama, galima palyginti su muzika. Prieš sukuriant optines šukas lazerių spinduliuotė švytėjo tik viena spalva, arba, sakytume, skleidė vieną optinį toną. Tai atitiko postygio neturintį smuiką su likusia viena vienintele styga. Tokiu smuiku galima išgauti vieną natą, todėl norint sugroti paprasčiausio muzikinio kūrinio ištrauką reikėtų daugybės kruopščiai skirtingai suderintų instrumentų. Kaip kiekvienu instrumentu turėtų groti vis kitas muzikantas, taip ir kiekvieną vienu dažniu veikiantį lazerį turėtų prižiūrėti specialistas.

Optinių šukų privalumas yra daugiau negu akivaizdus: norint aprėpti visą optinį spektrą, užtektų vieno vienintelio specialisto. Lyginant su muzika – galima įsivaizduoti ne pianistą, bet klavišininką, grojantį elektroniniu sintezatoriumi, kuris gali būti užprogramuotas imituoti bet kokį instrumentą ar net visą orkestrą. Šukų technologija leidžia sukurti simfonijas iš šimtų tūkstančių grynų optinių tonų.

Daugiau skaitykite birželio mėnesio numeryje

Komentarai (0)