Учёные испытали ловушку для света без потерь энергии
В Колонном зале ФИАНа состоялся доклад директора Института науки о свете Общества М.Планка (Max Planck Institute for the Science of Light, Germany), профессора Г. Лёйхса (G. Leuchs), – приглашенного докладчика Российского квантового центра – «Обращенное спонтанное излучение свободного атома – пример симметрии относительно обращения времени в оптике». В тот же день в Российском квантовом центре профессор Г. Лёйхс выступил с докладом «Кристаллические резонаторы с модами шепчущей галереи в квантовой и нелинейной оптике».
Первая часть доклада Г.Лёйхса в ФИАНе была посвящена проблеме обращения во времени процесса выхода излучения из резонатора.
Направляя на высокодобротный резонатор Фабри-Перо импульс излучения, у которого несущая частота совпадает с одной из мод этого резонатора, а временная огибающая имеет специальную форму (экспоненциально растущая во времени амплитуда с крутым задним фронтом), можно практически полностью сконцентрировать энергию излучения в резонаторе. После обрыва заднего фронта импульса излучения резонатор отдает накопленную световую энергию практически без потерь в виде экспоненциально затухающего импульса. Этот эффект был продемонстрирован экспериментально.
Вторая часть доклада была посвящена работе, задачей которой было получить максимально высокую эффективность дипольного возбуждения светом одиночных ионов, удерживаемых в ловушке. Для этого на ион направлялось когерентное излучение, фокусируемое параболическим зеркалом, причем ион находится в фокусе зеркала, а падающее излучение приближено к обращенному во времени излучению дипольного излучателя с осью, направленно вдоль оси параболического зеркала. (Параболическое зеркало изготовлено методом алмазного точения).
Эффективность возбуждения атома тем выше, чем полнее поляризованное падающее излучение заполняет телесный угол, в который преимущественно идет излучение диполя с указанной ориентацией, и чем совершеннее параболическое зеркало. Другими словами, чем точнее падающее излучение воспроизводит обращенное во времени излучение диполя, тем выше эффективность.
В эксперименте, который еще не завершен, эффективность возбуждения составила 1/6,7 (15 %) – приблизительно каждый седьмой фотон. Интересно, что, перемещая ион в ловушке через фокус параболического зеркала, удается косвенно контролировать его качество по размеру фокальной области, отвечающей эффективному возбуждению.
В тот же день, в Российском квантовом центре, проф. Г. Лёйхс выступил с докладом «Кристаллические резонаторы с модами шепчущей галереи в квантовой и нелинейной оптике».
Кристаллический резонатор представляет собой диск с радиусом от сотен микрон до нескольких миллиметров:
На рисунке: Кристаллический резонатор
Высокая добротность резонатора достигается благодаря тщательной полировке поверхности. Свет, попадающий в такой резонатор, остается внутри благодаря эффекту полного внутреннего отражения, и практически единственным источником потерь такого резонатора является поглощение материала, из которого сделан резонатор.
Используя резонатор радиусом около миллиметра, изготовленный из ниобата лития, сотрудники Института науки о свете Общества Макса Планка наблюдали нелинейные эффекты при крайне малых мощностях излучения накачки. Так, уже при мощностях порядка 10 мкВт удалось получить 10 % эффективность генерации второй оптической гармоники.
При параметрической генерации света в материале подобного резонатора становится возможным управлять длиной волны параметрических волн в пределах нескольких сотен нанометров за счет изменения температуры.
Параметрические волны, благодаря фотонной корреляции, активно используются в квантовых разработках в качестве однофотонных источников и источников сжатого света.
В своём комментарии руководитель Отделения Оптики ФИАН, д.ф-м.н., Анатолий Викторович Масалов сообщил следующее:
Профессор Герд Лёйхс – известный ученый, под его руководством были выполнены многочисленные эксперименты в области оптики и атомной физики. Он долгое время успешно работал в Университете Эрлангена, и в 2009 году после напряженной многолетней кампании ему удалось организовать новый исследовательский центр Общества Макса Планка – Институт науки о свете (Max Planck Institute for the Science of Light). Сегодня профессор Г.Лёйхс – директор этого института, который обладает высоким международным рейтингом, где трудятся физики разных стран, в том числе из России.
В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»
