علمی، پژوهشی و فناوری

ساخت لیزری به اندازه جعبه کبریت برای تقویت تحقیقات کوانتومی

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : توسعه و کار با سیستم‌های کوانتومی پیشرفته، ساعت‌های اتمی و حسگرها به لیزرهای گران‌قیمت با دقت بالا نیاز دارد که دارای تنظیمات سنگینی هستند. همه آزمایشگاه‌های دنیا نمی‌توانند از عهده این کار برآیند، و دانشمندان را از انجام چندین آزمایش با ارزش محدود می‌کند.

با این حال، تیمی از محققان دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا (UC Santa Barbara) یک لیزر کوچک، کم‌هزینه، سبک و با دقت بالا توسعه داده‌اند که می‌تواند عملکردی برابر با لیزرهای حجیم معمولی داشته باشد.

آندری ایسیچنکو، محقق ارشد و دانشجوی فارغ التحصیل در آزمایشگاه Blumenthal در UC سانتا باربارا گفت: این لیزرهای کوچکتر راه‌حل‌های لیزری مقیاس‌پذیر را برای سیستم‌های کوانتومی واقعی، و همچنین لیزرهایی برای حسگرهای کوانتومی قابل حمل، قابل استقرار در میدان، و مبتنی بر فضا فعال می‌کنند.

قدرت بی نظیر روبیدیم

محققان یک دستگاه لیزر 780 نانومتری به اندازه جعبه کبریت ساخته اند که همراه با یک تراشه است. این لیزر با استفاده از اتم‌های روبیدیم در خطوط D2 ساخته می‌شود، سطح انرژی کاملاً مشخصی که برای توسعه لیزر مناسب است.

این تیم ابتدا یک پرتو لیزر را از بخار روبیدیم عبور داد و به لیزر اجازه داد فرکانس‌های پایدار و سایر ویژگی‌های اتم روبیدیم را جذب کند. این برهمکنش لیزر را پایدار و برای آزمایش‌هایی که شامل اتم‌های فوق‌سرد و آزمایش‌های با دقت بالا می‌شد، مناسب کرد.

مرحله بعدی حذف فرکانس های ناخواسته از لیزر بود که باعث ایجاد نویز در آن می شد. معمولاً لیزرهای رومیزی از اجزای حجیم برای خلاص شدن از شر نویز استفاده می کنند و یک پرتو قرمز تیره با تنها یک فرکانس تولید می کنند.

با این حال، در این مورد، محققان یک تراشه فشرده سیلیکون نیترید ایجاد کردند که روی آن دیود لیزر Fabry-Pero را قرار دادند و همراه با آن از یک تشدیدگر استفاده کردند. این اجزا با هم نور منسجمی تولید کردند، نویز را حذف کردند و اطمینان حاصل کردند که خروجی نهایی یک پرتو خالص و تک فرکانس است.

نویسندگان مطالعه خاطرنشان می‌کنند: ما یک لیزر قفل‌شده با تزریق 780 نانومتری ترکیبی با پهنای خط اصلی 0.74 هرتز و 864 هرتز و 100 هرتز2/Hz محدود با نویز حرارتی در 10 کیلوهرتز را گزارش می‌کنیم.

محققان ادعا می کنند که دستگاه لیزری آنها به اندازه جعبه کبریت می تواند از لیزرهای رومیزی معمولی 780 نانومتری بهتر عمل کند. علاوه بر این، دانشمندان می توانند از لیزر هم در داخل و هم در خارج از آزمایشگاه استفاده کنند.

یک نوآوری با کاربردهای متعدد

آنچه دانشمندان ساخته اند یک لیزر با پهنای خط کم است. چنین لیزرهایی برای تولید نور خالص، پایدار، دقیق و متمرکز در یک فرکانس واحد، با کمترین انتشار در فرکانس‌های دیگر شناخته شده‌اند. لیزرهای با پهنای خط کم یک نیاز ضروری برای کاربردهایی مانند ساعت های اتمی، حسگرها و آزمایش های کوانتومی هستند.