Kvantové světlo 20x posiluje ultrarychlé lasery: Vědci objevili cestu k bezpečnější optice

Vědci z East China Normal University v Šanghaji dosáhli významného průlomu v oblasti ultrarychlých laserových procesů, když objevili, jak využít kvantovou povahu světla k jejich výraznému posílení.

Vědci z East China Normal University v Šanghaji dosáhli významného průlomu v oblasti ultrarychlých laserových procesů, když objevili, jak využít kvantovou povahu světla k jejich výraznému posílení. Jejich práce, publikovaná v časopise Nature, nabízí řešení dlouhodobého problému v moderní optice: jak dosáhnout silných nelineárních interakcí mezi světlem a hmotou bez rizika poškození osvětlovaného materiálu.

Nelineární procesy, které vyžadují, aby několik fotonů dopadlo na atom téměř současně, jsou klíčové pro mnoho fyzikálních aplikací, protože jejich účinky se s intenzitou světla zvyšují mnohem strměji než u lineárních procesů. Dosud však bylo jejich využití omezeno nutností používat velmi intenzivní laserové pulzy, které mohou materiály poškodit nebo dokonce zničit. Tým Jian Wu se tomuto omezení vyhnul použitím speciální formy kvantového světla, známé jako jasné stlačené vakuum (BSV). Na rozdíl od běžného laserového světla, kde fotony přicházejí předvídatelnou rychlostí, se stav BSV vyznačuje extrémními výkyvy v počtu fotonů dopadajících v daném okamžiku.

Tyto fluktuace znamenají, že i při mírném průměrném výkonu může pulz BSV dodávat obrovské návaly fotonů, dostatečné k řízení nelineárních procesů, které by normálně vyžadovaly mnohem intenzivnější laser. Vědci testovali tento koncept na klíčovém nelineárním procesu zvaném tunelová ionizace, při kterém intenzivní světelné pole deformuje elektrické prostředí kolem atomu sodíku natolik, že elektron může projít bariérou, která ho drží na místě. Zjistili, že pulz BSV s průměrnou energií pouhých 300 nanojouleů vyvolal stejný nelineární efekt jako konvenční laserový pulz, což představuje více než 20násobné zvýšení účinnosti bez navýšení průměrného výkonu.

Výsledky otevírají novou cestu k ovládání silných polních procesů jemným laděním kvantového charakteru světelného zdroje. To by mohlo mít zásadní význam pro attosekundovou vědu, která pracuje s pulzy světla trvajícími miliardtiny miliardtiny sekundy. Zatímco tato oblast se dosud spoléhala téměř výhradně na klasické laserové zdroje, přinesení kvantových optických nástrojů do této domény by mohlo vést k budoucnosti, kde budou extrémní interakce světla s hmotou řízeny s mnohem větší přesností a s výrazně menším rizikem vedlejších škod.