Группа ученых физического факультета МГУ совместно с коллегами из Швейцарии разработала устройство, которое позволяет получать сверхкороткие оптические импульсы, а также СВЧ-излучение с рекордно низким уровнем помех. Подробности приведены в статье ученых для журнала Nature Photonics (доступен препринт), кратко о работе сообщает официальный сайт МГУ и ScienceDaily.
В основе разработки лежит диск из кристалла фторида магния. Это соединение прозрачно как для видимого света, так и для значительной части инфракрасного излучения, поэтому его широко используют при производстве призм, линз и других оптических элементов. Ученые обнаружили, что в небольшом, диаметром около миллиметра, диске можно получить солитоны, одиночные электромагнитные волны.
Одиночная волна внутри диска циркулирует по его периметру, и этот процесс физики научились использовать для генерации серии сверхкоротких импульсов длительностью около ста фемтосекунд (1 фемтосекунда равна 10-15секунды). На сегодняшний день столь короткие импульсы можно получать иными способами и подобные лазеры уже повсеместно используются в офтальмологии для хирургических операций — но новая разработка заметно компактнее, и ученые утверждают, что после доработки длительность импульса можно снизить без усложнения схемы прибора. Кроме того, при помощи микрорезонатора из фторида магния можно получить не просто серию одиночных импульсов, а так называемую оптическую гребенку.
«Гребенкой» ученые называют электромагнитный сигнал, спектр которого состоит из серии равноудаленных линий. Получение таких сигналов по мнению первооткрывателя метода Теодора Хэнша (за эту работу он получил Нобелевскую премию 2005 года) привело к революции в метрологии, так как исследователи научились с очень высокой точностью измерять частоту света. Разработка российско-швейцарской группы, как утверждается в сообщении, позволит создать компактные и сравнительно простые генераторы подобных сигналов. Это необходимо для спектроскопических измерений (например, дляизучения экзопланет) и вдобавок позволит получать уже не оптическое, а микроволновое излучение с очень низким уровнем помех.
Солитонами физики называют так называемые уединенные волны. От обычной электромагнитной волны они отличаются тем, что состоят из одного «горба» и распространяются независимо друг от друга. Это отражается и разным математическим описанием. Солитоны являются решением уравнения Кортевега — де-Фриза, а обычные волны можно представить, как решение уравнения, которое так и называется волновым уравнением.
