Ученые создали самый чистый лазер, который может быть использован в гравитационно-волновых обсерваториях в космосе.

Команда ученых из Массачусетского технологического института (МТИ) создала самый чистый лазер в мире. В статье, опубликованной в журнале Optica, исследователи пишут, что их лазерное устройство «компактное» и «переносное», тем не менее они пытаются сделать его еще меньше.

Устройство, предназначенное для использования в космосе, производит луч лазерного света, который со временем изменяется меньше, чем любой другой лазер из когда-либо созданных. При обычных обстоятельствах из-за изменений температуры и других факторов окружающей среды лазерные лучи колеблются между разными длинами волн. Исследователи называют это «шириной линии» и измеряют ее в герцах или циклах в секунду. Другие высокотехнологичные лазеры обычно достигают ширины линий между 1000 и 10 тысячами герц. Ширина линии нового лазера составляет всего 20 герц.

Для достижения такой чистоты луча исследователи использовали два метра оптоволокна, так как известно, что этот материал производит лазерный свет с низкой шириной линии. Затем они улучшили ширину линии: лазер постоянно проверяет свою текущую длину волны по сравнению с предыдущей длиной и корректирует возникающие ошибки.

Сравнение частотных шумов лазера / © MIT

Исследователи утверждают, что это крайне важная работа, так как высокая ширина волны — один из источников ошибок в прецизионных устройствах, использующих лучи лазерного света. Атомные часы или гравитационно-волновые датчики с лазером с высокой шириной линии не могут производить настолько точный сигнал, как версия с низкой шириной волны, и загрязняют получаемые данные.

Где можно применить такой чистый лазер? Например, в гравитационно-волновых датчиках, размещенных в космосе.

Гравитационно-волновые датчики «чувствуют» воздействие массивных далеких событий на ткани пространства-времени. Например, когда две черные дыры сталкиваются, появляющаяся при этом ударная волна производит в пространстве рябь, напоминающую круги на воде. Гравитационно-волновая обсерватория LIGO впервые зарегистрировала такую рябь в 2015 году, в ходе эксперимента тщательного наблюдения за лазерными лучами. Когда лучи меняли форму, это указывало на возмущения в самом пространстве-времени.  

Исследователи планируют разместить более крупные и точные гравитационно-волновые датчики на околоземной орбите. Ученые из МТИ уверены, что их лазеры идеально подойдут для этой цели.