Вместо фотонов, в основе создания лазера лежит оптический пинцет, использующий квазичастицы звука.
Сотрудничество специалистов из Рочестерского технологического института и Рочестерского университета позволило создать лазер, использующий звук. В его разработке применялась технология оптического пинцета, созданная Артуром Эшкином, лауреатом Нобелевской премии по физике за 2018 год.
В статье, опубликованной в журнале Nature Photonics, ученые описывают фононный лазер при помощи оптически левитированной наночастицы. Фонон — квант энергии, ассоциированный со звуковой волной. При помощи оптического пинцета можно испытать пределы квантовых эффектов в изоляции и исключить физические помехи из окружающей среды. Ученые изучили механические вибрации наночастицы, поднятой в воздух при помощи силы излучения оптического лазерного луча.
«Измерение положения наночастицы осуществляется путем регистрации света, который она рассеивает, отмечает Мишкат Бхаттачарийя из Рочестерского технологического института. Благодаря подаче информации обратно в луч пинцета и синхронизации механических вибраций, которые становятся интенсивными и идеально соответствуют электромагнитным волнам, исходящие из оптического лазера».
Благодаря синхронности волн, генерируемых лазерным указателем, луч способен преодолевать значительные расстояния без рассеивания в разных направлениях, в отличие от света, излучаемого Солнцем или лампочкой. В обычном оптическом лазере характеристики светового потока определяются свойствами используемого материала. При этом в фононном лазере роли света и материи меняются местами: движение материальной частицы регулируется оптической обратной связью.
«Бхаттачарийя выразил большой интерес к потенциальным возможностям этого устройства, особенно в области зондирования и обработки данных, подчеркнув широкий спектр и постоянное развитие технологий, основанных на оптических лазерах.
По словам эксперта, фононный лазер может оказаться полезным инструментом для фундаментальных физических исследований, в том числе для реализации мысленного эксперимента «кот Шредингера», который предполагает одновременное существование объекта в двух состояниях.
В процессе исследования Бхаттачарийя взаимодействовал с командой, возглавляемой Ником Вамивакасом из Института оптики Рочестерского университета. Венчао Ге и Пардип Кумар также были членами теоретической группы Бхаттачарийи, работавшей над публикацией. Ник Вамивакас руководил работой аспирантов Роберта Петтита и Даники Лунц-Мартин, а также бывшего аспиранта Леви Нойкирча и кандидата наук Джастина Шульца из Рочестерского университета.