Впервые газовый лазер по космической схеме удалось испытать на Земле

Уже полвека, с 1960-х годов, астрономы периодически замечают многочисленные источники интенсивного излучения на определённых частотах в оптическом и микроволновом диапазоне там, где такого излучения, казалось бы, не должно быть. Как вскоре выяснилось, его порождают природные лазеры и мазеры (для микроволнового излучения).

Для их работы не требуются выделенные зеркала и образуемые последними искусственные оптические резонаторы (разумеется, отсутствующие в космосе).

Принципиальная схема такого лазера (иллюстрация Robin Kaiser et al.).

И вот Робин Кайзер (Robin Kaiser) вместе с коллегами из Университета Ниццы — Софии Антиполис (Франция) впервые создали на Земле лазер, работающий, по их мнению, на тех же принципах, что и космические лазеры. Иными словами, он использует лишь те материалы, что встречаются в земной атмосфере в естественных условиях.

В типичном рукотворном лазере усиление излучаемого света происходит при помощи вынужденного излучения, для создания и усиления которого нужен оптический резонатор. Однако не так давно было показано, что вынужденное излучение может создаваться и без оптического резонатора, образуемого зеркалами. Речь идёт о так называемых случайных лазерах. Они используют для работы не организованную среду, как обычно, а, напротив, преднамеренно дезорганизованную — к примеру, порошок из полупроводникового материала. Вырваться наружу до достижения определенной плотности излучения свет не может, ибо этому препятствует сама среда полупроводника.

Но все попытки физиков создать аналоги космических лазеров с использованием газов (как это происходит в природе) терпели фиаско. До сего дня.

В чём секрет успеха группы г-на Кайзера? Она использовала маленькое облако атомов рубидия, удерживаемых в магнитооптической ловушке. Учёные возбуждали атомы и затем обстреливали их обычным лазером, который излучает в диапазоне, близком к ожидаемому излучению рубидиевого лазера — газового облачка. Импульс терялся внутри рубидиевого облачка и, отражаясь от его атомов, усиливался, пока не достигал нужной интенсивности, чтобы вызвать вынужденное излучение.

Кроме возможности «вживую» на Земле проверить механизмы работы космических лазеров, эксперимент может иметь и другие любопытные последствия. Возможность создания лазеров ad hoc с использованием первого попавшегося облачка пыли или холодных атомов способна продвинуть разработку лазеров с новыми мощностными параметрами, в том числе пригодных для эксплуатации в космической среде и при этом не нуждающихся в масштабных оптических резонаторах.

С препринтом исследования можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Technology Review.