INNSBRUCK, Austria, March 31, 2010 - Исследователи из Австрии успешно создали одноатомный лазер. Это является важным шагом в понимании принципа работы систем на квантовых точках или молекулах.
Обычно лазер состоит из активной среды, накачиваемой (возбуждаемой) оптически или с помощью электрического тока (полупроводники или разряд в газах). Активная среда помещается в резонатор (ячейка с зеркалами). Свет, проходя по резонатору много раз, усиливается. Одной из отличительных особенностей классического лазера является наличие насыщения выходной мощности, достигаемое при некотором пороговом значении мощности накачки. Насыщение можно объяснить тем, что при увеличении мощности накачки увеличивается количество возбужденных атомов, при некотором пороговом значении мощности почти все атомы уже перешли на верхние энергетические уровни и поглощать излишнюю внешнюю энергию некому. Затем атомы релаксируют (излучают например) и заново поглощают фотон, снова переходя на верхний уровень. Излишек же энергии накачки остается "неиспользованным". Этим и объясняется насыщение в активной среде лазера.
Рейнер Блетт и Пит Шмидт (Rainer Blatt and Piet Schmidt) из университета города Иннсбрук продемонстрировали работу одноатомного лазера, который может работать как с порогом, так и без порога насыщения. Такого эффекта можно добиться путем регулирования параметров светового поля, возбуждаюшего частицу.
"Порог насыщения присутствует и в одноатомном лазере, хотя он менее выражен по сравнению с таковым в классических лазерах", как пишут исследователи в своей работе, которая была недавно опубликована в журнале Nature Physics.
В эксперименте одиночный ион кальция возбуждался лазерами в ловушке. Оптический резонатор состоял из двух зеркал. Ион возбуждался циклически внешним лазером. После каждого возбуждения ион излучал фотон, усиливающий излучение в резонаторе.
Подбирая параметры внешнего лазера некоторым образом, можно было добиться большей мощности излучения. И хотя в резонаторе находился всегда лишь один фотон, ученые наблюдали пороговую мощность меньшую, чем в обычном классическом лазере.
Ученые заявляют, что лазер на ионе, захваченным в оптическую ловушку, может помочь в исследовании спектров веществ. Добавляя новые ионы в ловушку и варьируя параметры возбуждающей системы, можно попытаться обнаружить всевозможные другие интересные эффекты.
