Исследователи предложили концепцию лазера без зеркал, основанную на коллективном излучении атомов через диполь-дипольное взаимодействие.
Команда физиков из Инсбрукского и Гарвардского университетов предложила совершенно новый метод генерации лазерного излучения — лазер без зеркал. Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, демонстрирует, что квантовые излучатели, находящиеся на субволновых расстояниях друг от друга, могут синхронизировать излучение фотонов, образуя яркий и узкополосный световой луч даже без оптического резонатора.
В традиционных лазерах зеркала служат для отражения света и его возвращения, что стимулирует когерентное излучение возбужденных атомов или молекул, усиливая тем самым свет. В новой концепции «без зеркал» атомы взаимодействуют напрямую через свои электромагнитные дипольные поля, так как межатомное расстояние меньше длины волны излучаемого света. Когда система получает достаточное количество энергии, эти взаимодействия приводят к синхронизации излучателей, которые начинают излучать коллективно. Это явление известно как сверхизлучение или сверхизлучающая эмиссия (superradiance или superradiant emission).
Команда, возглавляемая Гельмутом Ритчем, выяснила, что при таком коллективном излучении образуется высоконаправленный и спектрально чистый свет с одной узкой спектральной линией в тех случаях, когда лазерным излучением активируется только часть излучателей, а остальные атомы остаются неактивными. Поскольку эта пассивная часть излучателей не расширяется под действием управляющего лазера или увеличения мощности, она выполняет функцию оптического резонатора для активных излучателей — подобно традиционному лазеру, где оптический резонатор и усиливающая среда представляют собой разные физические объекты.
Атомы синхронизируют своё излучение и, преодолев определенный порог, начинают светиться совместно — в унисон друг с другом. В будущих исследованиях предстоит рассмотреть ещё множество вопросов, но уже сейчас очевидно, что атомы создают собственный механизм обратной связи и выбора частоты через диполь-дипольное взаимодействие в свободном пространстве.
Фото: hi-tech.mail.ru