Физики из Объединенного института лабораторной астрофизики (JILA) продемонстрировали новый тип лазера, который в 100–1000 раз более устойчив по частоте, чем обычный. Этот тип лазера может повысить точность самых современных атомных часов и сопутствующих технологий, таких как коммуникационные и навигационные системы, а также космические астрономические инструменты.

Прототип лазера основан на миллионе атомов рубидия, которые выполняют своего рода синхронный танец и производят тусклый темно-красный лазерный луч.

Новый лазер фактически представляет собой своеобразную оптическую фазированную антенную решетку, в которой электромагнитные волны большой группы идентичных антенн тщательно синхронизированы и создают волну с уникальными свойствами.

Обычный лазер основан на миллионах фотонов, которые рикошетят между двумя зеркалами, ударяют атомы и генерируют интенсивный свет. К сожалению, из-за движений атомов и вибрации зеркал происходит постоянное изменение частоты лазерного луча, что затрудняет его использование, например для высокоточных измерений.

Новый лазер от JILA лишен этого недостатка, поскольку фотоны в нем надолго не задерживаются. Атомы постоянно излучают синхронизированные фотоны, но в очень небольшом количестве. При этом почти все фотоны улетают прежде, чем сталкиваются с зеркалами и нарушают синхронизированный танец атомов. Это стало возможным благодаря уникальной системе, которая удерживает атомы между двумя зеркалами, а затем с помощью маломощных лазеров настраивает скорость переключения атомов между двумя энергетическими уровнями. Атомы испускают фотоны каждый раз, когда уровень их энергии падает. Обычно атом испускает только один фотон в секунду, но благодаря системе, разработанной в JILA, скорость переключения энергетических состояний повышается в 10 тыс. раз. Правда новый лазер все равно светит намного слабее, чем самая обычная дешевая лазерная указка.

Однако новый лазер идеально подходит для приложений, где необходимо точно выдерживать частоту, например в атомных часах системы GPS, системах оптической связи, современных геодезических инструментах и астрономии.