Nghiên cứu mới về laser có độ rộng vạch hẹp

Nghiên cứu mới vềlaser có độ rộng vạch hẹp

Laser có độ rộng vạch phổ hẹp rất quan trọng trong nhiều ứng dụng như cảm biến chính xác, quang phổ học và khoa học lượng tử. Bên cạnh độ rộng phổ, hình dạng phổ cũng là một yếu tố quan trọng, tùy thuộc vào bối cảnh ứng dụng. Ví dụ, công suất ở cả hai phía của vạch laser có thể gây ra sai số trong quá trình xử lý quang học các qubit và ảnh hưởng đến độ chính xác của đồng hồ nguyên tử. Về nhiễu tần số laser, các thành phần Fourier được tạo ra bởi bức xạ tự phát đi vàotia laserChế độ này thường cao hơn 105 Hz, và các thành phần này quyết định biên độ ở cả hai phía của đường truyền. Kết hợp hệ số tăng cường Henry và các yếu tố khác, giới hạn lượng tử, cụ thể là giới hạn Schawlow-Townes (ST), được xác định. Sau khi loại bỏ các nhiễu kỹ thuật như rung động khoang và trôi chiều dài, giới hạn này xác định giới hạn dưới của độ rộng đường truyền hiệu dụng có thể đạt được. Do đó, việc giảm thiểu nhiễu lượng tử là một bước quan trọng trong thiết kếlaser có độ rộng vạch hẹp.

Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát triển một công nghệ mới có thể giảm độ rộng vạch phổ của chùm tia laser hơn mười nghìn lần. Nghiên cứu này có thể hoàn toàn thay đổi các lĩnh vực điện toán lượng tử, đồng hồ nguyên tử và phát hiện sóng hấp dẫn. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng nguyên lý tán xạ Raman kích thích để cho phép laser kích thích các rung động tần số cao hơn bên trong vật liệu. Hiệu ứng thu hẹp độ rộng vạch phổ cao hơn hàng nghìn lần so với các phương pháp truyền thống. Về cơ bản, nó tương đương với việc đề xuất một công nghệ tinh chế quang phổ laser mới có thể áp dụng cho nhiều loại laser đầu vào khác nhau. Đây là một bước đột phá cơ bản trong lĩnh vựccông nghệ laser.

Công nghệ mới này đã giải quyết vấn đề về sự thay đổi thời gian sóng ánh sáng ngẫu nhiên từng phút, vốn làm giảm độ tinh khiết và độ chính xác của chùm tia laser. Trong một tia laser lý tưởng, tất cả các sóng ánh sáng phải được đồng bộ hóa hoàn hảo – nhưng trên thực tế, một số sóng ánh sáng hơi sớm hơn hoặc muộn hơn những sóng khác, gây ra sự dao động pha của ánh sáng. Những dao động pha này tạo ra “nhiễu” trong quang phổ laser – chúng làm mờ tần số của laser và làm giảm độ tinh khiết màu của nó. Nguyên lý của công nghệ Raman là bằng cách chuyển đổi những bất thường về thời gian này thành các dao động bên trong tinh thể kim cương, các dao động này nhanh chóng bị hấp thụ và tiêu tán (trong vòng vài phần nghìn tỷ giây). Điều này làm cho các sóng ánh sáng còn lại có dao động mượt mà hơn, do đó đạt được độ tinh khiết quang phổ cao hơn và tạo ra hiệu ứng thu hẹp đáng kể trênquang phổ laser.