การวิจัยใหม่เกี่ยวกับเลเซอร์เส้นแคบ

การวิจัยใหม่เกี่ยวกับเลเซอร์เส้นแคบ

เลเซอร์เส้นแคบมีความสำคัญอย่างยิ่งในการประยุกต์ใช้งานที่หลากหลาย เช่น การตรวจจับที่แม่นยำ สเปกโทรสโกปี และวิทยาศาสตร์ควอนตัม นอกจากความกว้างของสเปกตรัมแล้ว รูปร่างสเปกตรัมยังเป็นปัจจัยสำคัญ ซึ่งขึ้นอยู่กับสถานการณ์การใช้งาน ตัวอย่างเช่น กำลังไฟฟ้าทั้งสองด้านของเส้นเลเซอร์อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการจัดการเชิงแสงของคิวบิต และส่งผลกระทบต่อความแม่นยำของนาฬิกาอะตอม ในแง่ของสัญญาณรบกวนความถี่เลเซอร์ ส่วนประกอบฟูริเยร์ที่เกิดจากการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเองเข้าสู่เลเซอร์โหมดปกติจะสูงกว่า 105 เฮิรตซ์ และองค์ประกอบเหล่านี้จะกำหนดแอมพลิจูดทั้งสองด้านของเส้น เมื่อรวมปัจจัยเสริมเฮนรีเข้ากับปัจจัยอื่นๆ ขีดจำกัดควอนตัม หรือที่เรียกว่าขีดจำกัดชอว์โลว์-ทาวน์ส (ST) จึงถูกกำหนดขึ้น หลังจากกำจัดสัญญาณรบกวนทางเทคนิค เช่น การสั่นของโพรงและดริฟท์ความยาวแล้ว ขีดจำกัดนี้จะกำหนดขีดจำกัดล่างของความกว้างเส้นจริงที่สามารถทำได้ ดังนั้น การลดสัญญาณรบกวนควอนตัมให้เหลือน้อยที่สุดจึงเป็นขั้นตอนสำคัญในการออกแบบเลเซอร์เส้นแคบ.

เมื่อไม่นานมานี้ นักวิจัยได้พัฒนาเทคโนโลยีใหม่ที่สามารถลดความกว้างของเส้นเลเซอร์ได้มากกว่าหมื่นเท่า งานวิจัยนี้อาจพลิกโฉมวงการควอนตัมคอมพิวเตอร์ นาฬิกาอะตอม และการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงอย่างสิ้นเชิง ทีมวิจัยได้ใช้หลักการกระเจิงรามานแบบกระตุ้น (stimated Raman Scatting) เพื่อให้เลเซอร์สามารถกระตุ้นการสั่นสะเทือนความถี่สูงภายในวัสดุได้ ผลของการลดความกว้างของเส้นเลเซอร์ให้แคบลงนั้นสูงกว่าวิธีการดั้งเดิมหลายพันเท่า โดยพื้นฐานแล้ว เทคโนโลยีนี้เทียบเท่ากับการเสนอเทคโนโลยีการทำให้บริสุทธิ์ด้วยสเปกตรัมเลเซอร์แบบใหม่ที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับเลเซอร์อินพุตประเภทต่างๆ ได้ ซึ่งถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในสาขานี้เทคโนโลยีเลเซอร์.

เทคโนโลยีใหม่นี้ได้แก้ปัญหาการเปลี่ยนแปลงจังหวะของคลื่นแสงแบบสุ่มเพียงเล็กน้อย ซึ่งทำให้ความบริสุทธิ์และความแม่นยำของลำแสงเลเซอร์ลดลง ในเลเซอร์ที่สมบูรณ์แบบ คลื่นแสงทั้งหมดควรได้รับการซิงโครไนซ์อย่างสมบูรณ์แบบ แต่ในความเป็นจริง คลื่นแสงบางคลื่นจะเคลื่อนไปข้างหน้าหรือข้างหลังคลื่นอื่นเล็กน้อย ทำให้เกิดความผันผวนของเฟสของแสง ความผันผวนของเฟสเหล่านี้ก่อให้เกิด "สัญญาณรบกวน" ในสเปกตรัมเลเซอร์ ซึ่งจะทำให้ความถี่ของเลเซอร์พร่ามัวและลดความบริสุทธิ์ของสี หลักการของเทคโนโลยีรามานคือการแปลงความไม่สม่ำเสมอของเวลาเหล่านี้ให้เป็นการสั่นสะเทือนภายในผลึกเพชร การสั่นสะเทือนเหล่านี้จะถูกดูดซับและสลายไปอย่างรวดเร็ว (ภายในเวลาไม่กี่ล้านล้านวินาที) ทำให้คลื่นแสงที่เหลือมีการสั่นที่ราบรื่นขึ้น ทำให้ได้ความบริสุทธิ์ของสเปกตรัมที่สูงขึ้นและทำให้เกิดผลกระทบที่แคบลงอย่างมีนัยสำคัญต่อสเปกตรัมเลเซอร์.