Разработан лазер с минимальными потерями энергии, что позволит применять его в гравитационно-волновых обсерваториях, расположенных в космическом пространстве.
Группа исследователей из Массачусетского технологического института (МТИ) разработала лазер с наивысшей степенью чистоты. В статье, опубликованной в журнале Optica, исследователи пишут, что их лазерное устройство «компактное» и «переносное», тем не менее они пытаются сделать его еще меньше.
Данное устройство, разработанное для эксплуатации в космических условиях, генерирует лазерный луч, стабильность которого превосходит показатели всех ранее существующих лазеров. В обычных условиях колебания температуры и другие внешние факторы вызывают изменения длины волны лазерного луча. Ученые обозначают это явление как «ширину линии» и измеряют в герцах, или циклах в секунду. Обычно высокоточные лазеры имеют ширину линии в диапазоне от 1000 до 10 000 герц. У нового лазера ширина линии составляет всего 20 герц.
Для получения такого качества луча ученые использовали два метра оптоволокна, так как известно, что этот материал производит лазерный свет с низкой шириной линии. Затем они улучшили ширину линии: лазер постоянно проверяет свою текущую длину волны по сравнению с предыдущей длиной и корректирует возникающие ошибки.
Ученые подчеркивают значимость данной работы, поскольку широкая ширина линии является одним из факторов, вызывающих ошибки в высокоточных приборах, использующих лазерные лучи. Атомные часы или гравитационно-волновые датчики, использующие лазер с высокой шириной линии, не могут производить настолько точный сигнал, как версия с низкой шириной волны, и загрязняют получаемые данные.
В каких областях может быть использован подобный чистый лазер? К примеру, в гравитационно-волновых датчиках, функционирующих в космическом пространстве.
Гравитационно-волновые датчики регистрируют влияние масштабных космических явлений на структуру пространства-времени. Так, при столкновении двух черных дыр, возникающая ударная волна создает в пространстве колебания, схожие с кругами, расходящимися по воде. Гравитационно-волновая обсерватория LIGO впервые зарегистрировала такую рябь в 2015 году, в ходе эксперимента тщательного наблюдения за лазерными лучами. Когда лучи меняли форму, это указывало на возмущения в самом пространстве-времени.
Для размещения более чувствительных и точных гравитационно-волновых датчиков планируется использование околоземной орбиты. Специалисты из Массачусетского технологического института утверждают, что их лазерные технологии оптимально подходят для решения этой задачи.