Лазерные физики из Лаборатории аттосекундной физики, возглавляемой Институтом квантовой оптики им. Макса Планка и Университетом Людвига-Максимилиана, впервые создали диссипативные солитоны в пассивных резонаторах в свободном пространстве.
Солитоны являются наиболее устойчивыми из всех волн. В условиях, которые приводят к дисперсии всех других форм волны, солитон будет продолжать работать без помех на своем уединенном пути, без малейшего изменения его формы или скорости. Самостабилизирующие свойства солитонов объясняют их огромное значение для области лазерной оптики, в частности для генерации ультракоротких световых импульсов. Команда, возглавляемая доктором Иоахимом Пупезой в Лаборатории аттосекундной физики (LAP) в Мюнхене, которой руководят Институт квантовой оптики Макса Планка (MPQ) и Университет Людвига-Максимилиана (LMU), в настоящее время генерирует оптические солитоны в пассивных резонаторах в свободном пространстве впервые. Техника позволяет сжимать лазерные импульсы, увеличивая их пиковую мощность,
Молодой инженер Джон Скотт Рассел впервые наблюдал образование уединенной водной волны в канале в Эдинбурге в 1834 году. Он проследовал за ним верхом на лошади и обнаружил, что он распространяется с постоянной скоростью в течение многих миль, не изменяя своей формы. Он даже построил резервуар для воды в своем саду, чтобы исследовать это явление. Но он не мог предвидеть последующее значение этой «солитонной» формы волны для отраслей физики за пределами области гидродинамики. Сегодня оптические солитоны являются неотъемлемым компонентом лазерных технологий, особенно в исследованиях квантовой оптики и сверхбыстрой динамики.
Физикам из Лаборатории аттосекундной физики, управляемой MPQ и LMU, впервые удалось получить временные оптические солитоны в пассивном резонаторе в свободном пространстве. Для этого они объединили инфракрасные лазерные импульсы длительностью 350 фемтосекунд с длиной волны 1035 нм и частотой повторения 100 МГц в недавно разработанный пассивный оптический резонатор, состоящий из четырех зеркал и тонкой сапфировой пластины.
«Прохождение электромагнитного поля оптического импульса вызывает нелинейное изменение показателя преломления кристалла», — объясняет Николай Лилиенфейн, первый автор опубликованной статьи. «Это приводит к динамическому фазовому сдвигу, который полностью компенсирует дисперсию, возникающую в резонаторе, и в то же время расширяет спектр импульса». Поскольку потери мощности, которые неизбежно возникают в резонаторе, одновременно компенсируются интерферометрически связанным лазерным источником, солитон в принципе может циркулировать до бесконечности в резонаторе. Кроме того, исследователи разработали высокоэффективный метод управления подводом энергии к солитону резонатора., В совокупности эти меры позволили команде сжимать длительность входных импульсов почти на порядок до 37 фемтосекунд, одновременно увеличивая их пиковую мощность в 3200 раз.
Эта усовершенствованная резонаторная технология открывает новые возможности для генерации цепочек высокоточных экстремальных ультрафиолетовых (XUV) аттосекундных импульсов (аттосекунда длится миллиардной долей миллиардной доли секунды). Это, в свою очередь, может позволить исследователям охарактеризовать динамику субатомных процессов — и, в частности, наблюдать движения электронов — даже более подробно, чем это было возможно до сих пор.
«За последние несколько лет мы смогли сделать уникальные преимущества резонаторов усиления доступными для экспериментов в физике аттосекунд. Эта новая методика открывает путь к дальнейшим значительным достижениям в мощности и стабильности импульса, достижимым с такими системами, в то время как на Одновременно снижается сложность экспериментальной установки », — говорит доктор Иоахим Пупеза, руководитель группы, ответственной за новую работу в LAP. Эти усовершенствования также будут полезны в контексте XUV-частотной спектроскопии, которая является центральной для разработки оптических часов нового поколения на основе квантовых переходов в атомных ядрах.
