Физики из Университета Ренн I установили новый рекорд продолжительности жизни фотона в резонаторе. Для этого авторы создали шепчущую галерею из «замедляющего» свет материала. В результате кванты света удерживались в полости около 2,5 миллсекунд — в 25 раз больше чем в предыдущем материале рекордсмене. Подобный результат может найти применение в оптических ячейках памяти для фотонных компьютеров. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, кратко о нем сообщает Physics.

Эффект шепчущей галереи заключается в возникновении стоячих волн внутри кругового помещения. Впервые он был исследован на акустических волнах Рэлеем в соборе святого Петра в Лондоне. Позже физики обнаружили, что этот же эффект можно наблюдать и для электромагнитных волн, создавая оптические резонаторы. Такие устройство могут работать, например, в роли резонаторов микролазеров. Ключевой характеристикой для резонаторов является добротность. Эта величина показывает, как быстро происходит рассеяние энергии, запасенной в приборе.

Карта распределения давлений звуковой волны в соборе Святого Петра (Лондон). Wikimedia Commons

Современные резонаторы на основе мод шепчущей галереи обладают добротностью достаточной для удержания фотона на протяжение 100 микросекунд. Такие рекордные параметры были достигнуты для миллиметровых шариков монокристаллических материалов. Стекла дают на порядок меньшие величины. 

Схема эксперимента

В новой работе авторы использовали в качестве материала для резонатора фторидные стекла допированные эрбием. При специальном модулирующем облучении они способны замедлять свет благодаря эффекту осцилляций когерентных популяций (coherent population oscillations). В результате, у фотонов, заключенных в шепчущей галерее увеличивался оптический путь. Как сообщает Physics, действие эффекта увеличило время жизни квантов света в резонаторе с 210 пикосекунд до 2,5 миллисекунд. Предыдущий рекорд составлял 100 микросекунд.

Работу прокомментировал профессор Михаил Городецкий, сотрудник Российского Квантового Центра:

«Микросферы с эрбием делали много групп и очень давно. Идея привлекательная – получить компактный стабильный лазер, но никому пока ничего пристойного и практичного получить не удалось по ряду причин. Эта группа занималась тем же, и придумала как из этого сварить хоть какой-то компот».

Профессор отмечает, что переход, происходящий при взаимодействии эрбия с фотонами имеет большое время жизни. Поэтому, если загнать фотоны в резонатор, внутри которого есть атомы с большим временем жизни, они будут этими атомами поглощаться и в них долго сидеть. По словам Городецкого, называть полученную исследователями величину добротностью гибридного резонатора можно, но на самом деле это в основном добротность перехода в эрбии.

«Для практических применений это вряд ли можно использовать из-за неоднородного уширения и малой мощности насыщения». 

Также профессор указал, что эта научная группа плохо ссылается на чужие работы.

«Например, в абстракте статьи говорится о [величине добротности] 10¹⁰ в кварцевых микросферах. Это сделали мы в 1996 году, но в статье ссылки на этот результат нет».

Замедленный свет — явление, при котором групповая скорость света снижается в некоторых средах на порядки по сравнению с вакуумом. Для этого оптики используют специальные материалы — в классических средах замедление обычно не превышает 2,5 раз (эта величина достигается в алмазе). Так, в 1999 году ученым удалось добиться групповой скорости всего в 17 метров в секунду, а позднее и вовсе контролируемо остановить распространение света.

Автор: Владимир Королёв