Нелинейное взаимодействие света и материи лежит в основе самых мощных оптических технологий, но его развитие десятилетиями упиралось в фундаментальный барьер: чем мощнее лазер, тем выше риск разрушить материал, с которым он взаимодействует. Теперь команда физиков из Восточно-китайского педагогического университета нашла способ обойти эту проблему, используя квантовую природу самого света. Результаты эксперимента открывают путь к новому поколению сверхточных приборов, пишет Phys.org.
Обычные оптические процессы линейны: атом поглощает фотоны по одному, и отклик пропорционален яркости. Нелинейные эффекты, требующие одновременного поглощения множества фотонов, гораздо полезнее, но для их запуска нужны колоссальные мощности, губительные для образцов.
Для решения этой проблемы команда под руководством Цзянь У обратилась к яркому сжатому вакууму (BSV). В отличие от предсказуемого потока фотонов в обычном лазере, состояние BSV характеризуется резкими колебаниями их количества. Это означает, что даже при умеренной средней мощности импульс BSV может генерировать кратковременные, но колоссальные всплески плотности фотонов, достаточные для запуска нелинейных процессов.
Чтобы проверить концепцию, ученые использовали процесс туннельной ионизации, при котором мощное световое поле «вырывает» электрон из атома натрия. Измерив энергию высвободившихся электронов, исследователи обнаружили поразительный результат: импульс BSV со средней энергией всего 300 наноджоулей производил тот же нелинейный эффект, что и обычный лазерный импульс.
«Мы достигли более чем 20-кратного усиления нелинейного отклика без увеличения средней мощности», — пояснили авторы. Более того, команда научилась регулировать интенсивность этих всплесков по своему желанию, не меняя общую энергию луча.
Открытие может произвести революцию в аттосекундной науке — области, изучающей процессы длительностью в миллиардные доли миллиардной доли секунды. До сих пор она полностью полагалась на классические лазеры. Внедрение квантово-оптических инструментов позволит управлять взаимодействиями в сильных полях с беспрецедентной точностью и минимальным риском повреждения. Это открывает дорогу к созданию новых технологий, где экстремальные эффекты света и материи можно инициировать и контролировать гораздо эффективнее, чем когда-либо прежде.
Ранее ученые ответили, может ли черная дыра поглотить всю нашу Вселенную.
