Розроблена вимірювальна система, яка здатна точно формувати ультракороткі світлові імпульси - тривалістю в трильйонні частки мікросекунд. Така система може бути використана для отримання «стоп-кадрів» поведінки електронів у кристалах.
Промінь лазера - єдиний інструмент, що дозволяє досліджувати рух електронів у кристалах і молекулах, в їх природному «середовищі проживання». У процесі таких досліджень необхідно отримати повну і точну інформацію про поведінку електричного поля світлової хвилі. Для його вимірювання вчені використовували дискретизацію безперервного сигналу, звану англійським словом семплінг (sampling).
Суть дискретизації в тому, що вимірювання потрібної величини або фотографування об'єкта проводиться не безперервно, а через деякий інтервал часу. Чим коротше цей інтервал, тим вище роздільна здатність методу, тим більш швидкозмінні процеси він здатний відстежити.
Колективу фізиків під керівництвом Ніколаса Карповича з Інституту квантової оптики Макса Планка (Гархінг, Німеччина), де також працює і провідний науковий співробітник Науково-дослідного обчислювального центру МДУ імені М.В.Ломоносова Михайло Трубецков, вдалося показати, що методом семплінгу можна детально простежити еволюцію електричного поля досліджуваного джерела в ближньому інфрачервоному.
Раніше такі дослідження проводили тільки за допомогою складних вакуумних експериментальних систем. Для дискретизації інфрачервоний лазерний імпульс сканувався іншим лазерним імпульсом тривалістю в 5 фемтосекунд (1 фемтосекунда - це 10-15 с). «За допомогою цієї технології ми зараз в змозі визначити не тільки огинаючу цих коливань, а й безпосередньо аналізувати форму кожного з них», - зазначив Ніколас Карпович.
Цікаво, що в розробленій технології фемтосекундний інфрачервоний імпульс лазера служить надійним джерелом для точної генерації аттосекундних (1 аттосекунда - це 10-18 секунди) світлових імпульсів. За допомогою таких коротких світлових спалахів можна отримувати «фотографії» електронів у кристалах і проводити вимірювання часу з точністю до аттосекунд. Причому, чим краще відома форма інфрачервоних лазерних імпульсів, тим точніше експерименти, що дають нам інформацію про явища всередині кристалів. Більш того, такі імпульси здатні також стимулювати рух електронів в молекулах і кристалах і, таким чином, змінювати їх електронні властивості.
Розроблена технологія контролю інфрачервоних імпульсів розширить можливості вивчення мікроміру. Вона здатна поліпшити тимчасову роздільну здатність інфрачервоної спектроскопії для вивчення біологічних і хімічних проб. З іншого боку, можливий її подальший технологічний розвиток в області передачі даних за допомогою світла, для чого часто використовується світло інфрачервоного діапазону з довжиною хвилі приблизно 1550 нанометрів. Точні вимірювання дають можливість краще зрозуміти взаємодію світла з речовиною в цьому важливому телекомунікаційному діапазоні.
За словами Михайла Трубецкова, в ході роботи він в основному працював з дисперсійними дзеркалами, які використовувалися для стиснення імпульсів та управління фазовими характеристиками. «Звичайно, без спеціальних дзеркал ця робота була б неможлива», - уточнив учений.
Результати роботи опубліковані в журналі Nature Photonics.
За матеріалами МГУі
Інституту квантової оптики суспільства Макса Планка.